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超光速,又一个“乌龙球”?

已有 5334 次阅读 2018-1-26 16:43 |个人分类:科人网事|系统分类:观点评述| 超光速, 乌龙球

超光速,又一个“乌龙球”?


张操教授50年致力于超光速研究,令人敬佩。退休后的张老不忘初心,他组织了一个业余团队要攻破光速不可超越的神话,他们声称仅利用一台实验室示波器和两根普通电线就观测到交流电的20倍超光速现象,张老很自信地说:这是世界上第一个真正的超光速实验。  

光速真被超越了吗?答案非常明确:没有!在我看来,张老的超光速与LIGO的引力波都属于“诺奖级别”的错误,典型的画鬼找鬼的“乌龙球”。

每个人都有自己的梦想,能活在梦中也不失为一桩美事,所以,一直憋着“不忍惊醒美梦中人”。最近处在“半梦半醒”纠缠态的张老常说梦话,还许诺要自掏腰包重赏超光速质疑者,虽说我们无法叫醒一个装睡的人,但能否唤醒一个做梦的人?

一、速度的定义与测量

速度是描述质点运动快慢和方向的物理量,初中我们学习了平均速度,高中学习了瞬时速度,下面以最简单的直线运动为例,重温一遍速度的定义与测量。


图1(a)是短跑比赛,它比的是运动员的平均速度。假设跑道长度s,某运动员跑完全程所需时间为t,则该运动员的平均速度为V1=Δx/Δt=s/t。图1(b)是汽车在道路上行驶,是否超速被罚款?交警是根据监控抓拍的汽车瞬时速度,物理学家定义瞬时速度V2=dx/dt=Δx/Δt(Δt=t2-t1→0)。

实际测量中,无论是平均速度还是瞬时速度,都涉及到空间间隔Δx和时间间隔Δt的测量,平均速度对Δt没有限制,瞬时速度则要求Δt=t2-t1尽可能小(数学上的无限小)。对于确定的质点运动,当质点的瞬时速度始终等于平均速度,该质点作匀速直线运动,比如光子在真空中的运动。

二、什么是超光速?

已知光速c=299792458米/秒≈30万公里/秒,宇宙中有比光“跑”得还快的东西吗?当有人宣称挑战了光速最快的传统认识,最简单的验证:是骡子是马,拉出来遛遛!为了验证张老交流电超光速的发现,我专门设计了一个实验(图2)。


实验原理很简单,启动开关让激光器发射的光与交流电同时出发,它们跑过相同距离L后分别点亮灯泡A和B,如果A先亮则光速赢(c>v),张老的超光速错误,如果B先亮则交流电赢(v>c),张老的超光速胜利。我相信张老不会去做这个实验,因为结果他心里已非常清楚。

质疑一、新龟兔赛跑


图3(a)是张老进行超光速实验的原理图,他另辟蹊径让两路交流电进行赛跑,并自定义了交变电场的速度:V=dx/dt,其中dt=t2-t1=δ直接由图4的示波器给出(它的错误留后面讨论),dx=L2-L1是两个导线跑道的长度差,由此,我们见证了所谓的20倍超光速奇迹。


张老的交流电速度公式V=dx/dt,它既不是平均速度也不是瞬时速度,甚至我至今都不知道它代表谁的速度?不过有一点是可以严格证明的,张老的交流电速度公式成立的条件非常苛刻:上图假想中的两路“参赛者”必须作匀速直线运动,且两者的速度大小必须完全相同。

个人认为,张老首先必须明确是什么东西在超光速?至少应该告诉读者它的具体能量形式(数学表达式)?进一步,为什么这种能量可以在任意弯曲形状的导线中以确定的超光速匀速传播?

如果仅凭自定义的超光速公式而忽略具体的物理过程,让乌龟超光速都不是难事!下面我要借用张老的实验原理图和速度公式小玩新龟兔超光速赛跑[图3(b)],假设乌龟在短路线L1上爬行、兔子在长路线L2上奔跑,给定一组可实现的数据:dx=L2-L1=6公里、dt=t2-t1=0.0000001秒,代入V=dx/dt=200c,200倍超光速轻松实现!

质疑二、偷换时间概念

时间是个很神奇的物理概念,它作用于宇宙万物、却隐身于灵魂之中。利用时间的神秘性玩科幻魔术已成巫理学的主流,相对论、量子力学、墨子号、LIGO、...,好戏连台。


张老的交流电超光速不过是一个平凡的时间小魔术,魔术道具是示波器、魔术手法是“偷换时间”。因为张老不是什么学术大腕,自然没多少人响应他的超光速发现,如果张老是院士大咖,排队跪舔的一定排成长龙,忽悠国家几十亿发颗“老子号”卫星专门研究超光速都有可能。

超光速发现属于入门级别的时间魔术,接下来揭晓该魔术的核心秘密。图5(a)是张老实验的简化版,为了更清晰地解剖超光速的问题,特意把图3(a)中的电阻用电炉替代,打开开关K通过线路L1(或L2)向电炉供电,如图4(b)或(c)所示,电炉将经历以下三个过程(特别提示,超光速实验只有一个过程!):

过程1:t=(0,T1),电炉在延时等待中,此时电炉无输出功率(电炉丝温度没有升高、颜色没有变化);

过程2:t=[T1,T'1),电炉处在输出功率渐增的非平衡动态中(电炉丝温度逐渐升高、颜色开始由黑变红);

过程3:t=[T'1,+∞),电炉处在输出功率稳定的动态平衡中(电炉丝温度稳定、颜色呈不变的亮黄色)。

在电炉的接线柱接上示波器,示波器只能显示过程3的稳定输出(类似超光速实验中的正弦波),所以超光速实验只是过程3的输出,而对于过程1和过程2,特别过程1中电是如何从远方传导到电炉?示波器是无能为力的,而过程1恰恰是张老超光速所需要的最关键数据。

张老提出的两路交流电赛跑实验,不过是L1和L2线路中过程3的两个稳定输出信号的同屏显示(如图5(b)和图5(c)的正弦曲线),真正赛跑的过程1是不可能有实验数据。如图5(b)和(c)所示,超光速实验利用过程3之间的相位差(或时间δ)假冒过程1中两路交流电赛跑的时间差Δ,这小把戏叫“偷换时间”。

张老曾经用“乌龙球”形容欧洲某著名实验室的中微子超光速实验,张老,您的超光速也算一个“乌龙球”吧?

博后:建议实验

本不想再谈及超光速,鉴于张老的认真,再唠叨几句。张老说得对,物理学以实验为王,超光速实验提供了一个有趣的实验数据:交流电的传播速度可以通过频率调控!如上图所示。这个实验表明,对于9米长的导线,当交流电的频率为6.5MHz时,交流电的传播速度远小于光速c,而当频率小于3.0MHz时,交流电的传播速度却能达到20倍光速以上。建议超光速研究小组做个上图2的赛跑实验,一路是6.5MHz的交流电,另一路是3.0MHz的交流电。



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