国内超光速物理研究的一些进展和前景

原航天部一、二院研究室主任,总设计师郭衍莹 

何谓超光速物理？顾名思义就是研究速度超过光速的各种物理现象的科学。众所周知，爱因斯坦相对论的一个主要基石就是假设光速固定不变且不能超过。爱氏有句名言“不可能存在超光速”（velocities greater than that of light have no possibility of existence）。不过爱氏也承认这是他的假设，尚无任何实验来直接验证。当然允许别人研究这一假设是否合理？是否符合客观实践？实际上从爱氏提出相对论至今，已发现不少超光速物理现象，尤其是在宇宙天体中；这就吸引一大批物理学家去研究这一问题。“超光速物理”这一词汇（Superluminal Light Physics）首先在国外出现。不过我国学者研究这一问题并不晚。上世纪末，中国电子学会就成立以黄志洵教授，宋文淼研究院，阴和俊研究员等专家为首的“波速问题专家组”。本世纪以来至少召开过二次重要的学术会议。据我所知的第一次是2004年11月，由当时工程院院长宋健发起在北京香山召开“宇航科学前沿和光障问题”学术讨论会（即第242次香山科学会议)，-由黄志洵作主题发言。到会的有北大的陈佳洱院士，清华的白同云教授，科大的裴元吉教授等。会议开始宋健作了《航天、宇航和光障》的报告。他说：“从技术科学的角度讲，爱因斯坦的名言“不可能存在超光速”是设想了一个光障。但这只是猜测，不能把这句话当做科学定律；当然更不能当作计算公式，因为它没有实验根据。超光速运动我们看不见它，但不能成为不存在的证据”。他提醒大家：人们利用狭义相对论公式来计算航天器飞行速度要十分谨慎！

 第二次是2011年11月，由国家科技部部长程津培院士出面，再次在北京科技日报社召开“超光速科学问题研讨会”。到会的有国内9所大学的教授。由于开会之前的9月22日，意大利国家实验室已宣布一条轰动全世界的消息：就是他们进行的OPERA实验，“中微子”速度的测试结果已超过光速。所以大会主题是“欧洲科学家超光速实验和中国科学家的责任“。会上中国科大的原加速器研究所的学术委主任裴元吉教授介绍了超光速加速器的设计方案，黄志洵教授详细介绍欧洲的科学家们进行“中微子”（一种自然界广泛存在的基本粒子，不带电。质量仅电子的百万分之一，移动速度接近光速）的研究情况。科技部副部长程津培院士在会上指出：希望以后有一批黑头发的年轻专家坐在前排，担任主攻。他还希望在座专家搞好科普，要想法让广大群众都晓得什么是“超光速物理”。

这二次会议对国内超光速物理的研究起到推动作用。航天部门方面由林金同志率领的团队完成“双程光信号传递实验”大型试验（简称林金实验）。理论工作方面黄志洵老师出版了多本著作，和多篇重要论文，并和福州原创物理研究所的梅晓春进行合作，完成多项实验工作。他们对2017年和2022年国际物理诺奖项目进行认真研究后，写信给诺奖委员会，据理反对这二项授奖，在国际上引起反响。遗憾的是，2016年2月林金同志因病去世；接着于2019年1月，沈乃澂同志也因病去世；今年3月21日黄志洵老师也离开了我们。超光速物理界经受重大打击。使我们更深刻认识到程院士所说的：要想方设法让一批黑发专家坐在第一排！同时也要加强科普。要让广大群众都知道和关心“超光速物理”！

上面提到的意大利OPERA实验，到了2012年2月被揭发是个假象（据说是由于电缆接头接触不良）。2012年5月由另一科学家卡洛.鲁比亚率领团队重新测量，结果证明中微子速度并没超过光速。为此卡洛获2013年物理诺奖，而OPERA主任则引咎辞职。这一事件无论对国际还是对我国的物理界，都是个经验教训。

 林金对超光速物理的研究和贡献——“林金实验”和“哈勃红移”

关于“林金实验”的情况我已在本科学网2021年2月5日《何谓超光速物理？》一文中作了介绍。这一实验结果对超光速物理研究以及对航天有何意义？三年来国内和部内一些专家教授们众说纷纭。有的认为它接近或达到物理诺奖的水平。也有的认为它尚无重大创新。但最后大多数专家倾向于回归到林金本人的意见，就是在一定条件下（条件是：光源和观察者之间有相对运动。林金实验是靠有漂移的鑫诺卫星实现这一条件）这一实验是对爱因斯坦同时性定义的否定，或者说证实了爱氏的同时性公式不成立。“同时性”（Simultaneity）是狭义相对论中一个重要的内容；它确定空间任意AB二处的时间是否同步。但还不能说林金实验冲击了爱氏的速度极限论，而且林金本人也没有这样说。

 我们在整理林金论文、手稿时发现林金对“哈勃红移”问题也颇有研究，且已用英文写好一篇论文（“哈勃红移的正确解释”），但还没有发表。关于哈勃在红移问题上一些论点，林金基本上持否定态度。林金认为哈勃论点主要在二方面存在漏洞：第一方面他认为：

“....地球上的任何观察者，任何观察仪器（包括哈勃太空望远镜）都随着地球自转，都是相对于静止的恒星光源（谱线源）作运动。所以地球上任何观察者，观察仪器都必然会产生谱线红移现象。

“...哈勃利用太空望远镜观测太空遥远的星系，发现它们发出的光的谱线都有红移现象。由此得出错误结论：“星系看起来都在远离我们而去，且距离越远，远离的速度越高”。其实那是“观察者相对于观察对象的运动”造成的红移现象。

因此，人们通常把哈勃定律解释为宇宙膨胀必然是错误的。宇宙是不会膨胀的...” 

第二部分林金从天体物理和数学上论证哈勃红移公式有错：他在论文中说：

“哈勃红移是基于传统的多普勒频移概念。哈勃利用多普勒公式

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我们曾征求多位高校老师们意见，大多数老师认为：“...林金的思路是正确的，....哈勃望远镜收到的不仅是快速远去的星系的红移，同样会收到望远镜随地球自转的红移...“。北大一位老师认为地球自转的线速度可以忽略不计。浙大一位老师提出，林金的见解和该校校友王令隽教授于2005年在国际上提出的“宇宙红移的色散衰减理论”，是从不同角度对宇宙红移提出不同的解释，都是公开批判大爆炸理论。所以大家建议尽快公开发表林金的论文遗作，并于适当时期组织有关专家进一步探讨

国内一些超光速物理学家近年来的一些学术活动和成就

从爱因斯坦1905年和1915年分别创立狭义和广义相对论后，100多年间又有不少专家学者或发表重要理论，或进行重要实验，从各个方面来验证爱氏相对论的正确性（或者互相证明对方是正确的）。举其重要者有迈克尔逊--莫雷实验（证明以太不存在），爱丁顿实验（证明恒星射至地球的光线偏折1.75角秒），霍金的黑洞理论（以及所谓人类第一张黑洞照片），宇宙大爆炸学说，获得2017年物理诺奖的LIGO实验等等。所以要对光速极限论提出异议，上述实验或理论往往是不可逾越的鸿沟。所以超光速物理的研究工作是很艰巨的。现在有些年轻人认为近年来相对论遭到越来越多人质疑，“大厦将倾”，很可能在哪一个早晨这座大厦轰然坍塌。作者认为这是一种盲目乐观想。

不过国内外有一批像黄志洵老师那样学者，踏踏实实一步一个脚印，做出令世人瞩目的成绩，是非常不容易的。由于篇幅有限，以下我尝试通过二个实例客观地向读者介绍近年来黄志洵等国内科学家们一些主要学术活动和成就。

第一个例子就是美国LIGO（美国激光干涉引力波天文台缩写）实验。2016 年 2 月 11 日LIGO实验组宣布直接观测到由 两颗恒星级黑洞在十多亿年前并合后产生的引力波。美国舆论大肆宣染，称这一实验结果是对 广义相对论所预言的引力波的一次直接验证，并且可以通过探测各个频段的引力波， 包括宇宙大爆炸时期的引力波，必将开启引力波天文学和引力波物理以及量子宇 宙物理等研究新领域。为此LIGO的三位科学家获得2017年物理诺奖。

黄志洵老师等一直认为广义相对论的引力波理论是错误的。依据是爱氏仿照马克斯韦尔推导出电磁场方程式的做法，也推出引力场方程。但这个方程是高度非线性的，根本不可能有线性波的解，所以在理论上就站不住脚。而在实践上，既然引力波能引起空间收缩和膨胀（时空弯曲），也会使干涉仪的臂长发生同步的收缩和膨胀；因此采用激光干涉方法，是不可能探测到引力波的。所以在诺奖颁奖前他和几个国外科学家联合写信给评奖委员会，建议取消此项授奖。但没有成功。

此后他们继续研究这一问题，并和巴西一位信号工程师乌里诺夫合作，从LIGO的数据库中找到许多证据；证明LIGO所谓的引力波信号实际上是一种噪音。这种噪音在LIGO的数据库中是大量存在的。LIGO在相隔3000公里的两个干涉仪上选择了两个时间相关的噪音波形，冒充两个黑洞碰撞产生的引力波，欺骗了全世界。于是黄志洵、梅晓春、乌里诺夫再加上华裔计算机专家俞平，共同完成了一篇题目为“LIGO使用迈克尔逊激光干涉仪不可能探测到引力波”的论文，英文版发表在美国《现代物理杂志》2016年7月期上。2020年黄，梅以及二位丹麦科学家又在《国际天文学和天文物理学研究杂志 》2022年4月期上发表文章，题目是“LIGO探测到的是引力波，还是噪音？”。该文以详尽和充分的证据证明，LIGO所谓的引力波发现只是一场计算机图像匹配的游戏，与实际的天文与天体物理学过程没有任何关系。

据悉，世界各国还有不少科学也家向诺奖委员会和美国LIGO提出类似意见。有些美国人揶揄它是“烧钱工程”。黄老师生前曾说：他们这样做，绝非为自己争名夺利，而是希望这世界上仅剩的几块净土不再被污染。

第二个例子是爱因斯坦根据广义相对论的公式推断，外空间的恒星发射至地球的光在太阳引力场中会有1.75秒的偏折角（见图）。这一论点后来还得到英国科学家爱丁顿测量的“证实”。

但黄志洵认为爱因斯坦的引力理论的错误是根本性的，因此关于光线在太阳引力场中的偏折角为1.75秒的计算肯定有错。爱丁顿的实验也肯定有假。他希望年轻同志从中找出“破绽”。

据报道梅晓春等人发现，首先广义相对论在推导行星和光运动方程时，常数项的计算和设置存在严重错误。这样才“凑”出太阳系中光的偏折角正好1.75秒。因为如果严格按照广义相对论的公式计算，外太空恒星发出的光不是在太阳表面略过，而是将进入太阳内部，这显然与事实不符。

梅晓春等人进而在网上找到爱丁顿1919年发表的光线偏折测量的英文原文，发现爱丁顿的论文存在严重问题。他的两个团队一共拍摄了35张照片，只有7张被认为可用，29张被抛弃。这7张照片中，有 3 张显示光线向反引力的方向偏折， 4 张向引力方向偏折。因此爱丁顿测量到的实际上只是一个涨落现象，根本没有证明广义相对论的所谓预言。他们还发现爱丁顿测量的每个数据没有给出误差范围。原因在于爱丁顿的仪器的测量误差范围是正负1秒，而广义相对论的计算值是1.75秒，因此从正规物理实验的角度上讲，爱丁顿的测量没有意义。

最后他们和黄志洵一起完成了题为“爱丁顿引力偏折测量是无效实验”的论文。也已发表在2021年7月的《国际天文学和天文物理学研究杂志 》上。

标签：超光速，相对论，引力波，LIGO实验，中微子