所谓“中微子超光速”错在哪里？！如何才对？！

最近，广泛报道：意大利的中微子实验（OPERA）“发现了超光速的中微子”。Nature、Science等重要的科学新闻网站也报道了这一新闻。（http://www.nature.com/news/2011/110922/full/news.2011.554.html
http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/09/neutrinos-travel-faster-than-lig.html?ref=hp
 http://www.livescience.com/16183-faster-speed-light-physics-breakthrough.html）

意大利的中微子实验是采用乳胶径迹装置的（中微子）振荡项目（Oscillation Project with Emulsion-t Racking Apparatus （简称：OPERA））已将正式的论文挂到了arXiv.org的预印本库。

做该实验的意大利Gran Sasso国家实验室。位于地下1400米，以多个深地实验闻名于世。

OPERA实验是将位于瑞士与法国边境的CERN通过高能质子打靶产生缪中微子束流，对准730公里外的Gran Sasso，采用乳胶照相，确凿无疑地探测，传到那里产生的陶中微子的振荡。

测量原理非常简单：测量距离和时间，算出速度！

距离是通过GPS测量的，误差是20厘米。这20厘米的误差还不是来自从瑞士到意大利的730公里，而是主要来自从进入地下实验室的高速公路隧道门口的GPS基准到探测器的10公里。

时间也是通过GPS和“铯原子钟”测量，精度是2.3纳秒。

由这样测得的距离除以时间，算出的速度，科学家们发现：中微子在飞行730公里后，所用的时间比光速还快了60纳秒（10^-9秒）。

实验的误差约为10纳秒。一般来说，粒子物理中的新现象达到4倍标准偏差即可确认，而这个结果达到了6倍，即可能性为99.9999998%。

因而科学家们认为：测量结果表明，OPERA观测到的中微子，其飞行速度比光速快10万分之2.48。

但是，自从爱因斯坦1905年发表狭义相对论起，一百多年来没有人撼动过：“一切粒子的速度都不可能超过真空中光速”的原理。

即使OPERA实验发表了6倍标准偏差的结果，OPERA实验的发言人自己也说：宣称相对论错误太早了。我们发现了一个奇怪的结果，我们不能解释它，因此必须公布，请同行来审议。我们必须得说点什么。我们不能把它扫到地毯下面，那样，才是不诚实的。

那么，OPERA实验得出的“中微子超光速”结果是错了吗？

它究竟错在哪里？！

我们知道：狭义相对论只是因为著名的迈克尔逊实验发现，高速（其速度与光速相比不可忽略）粒子不符合“伽利略变换”，表明：“在任何惯性牵引运动参考系，真空中3维空间光速不随参考系的运动而改变”。

进而对光子和高速粒子的大量实验，也都表明：对于高速运动粒子“伽利略变换”已不适用。

对此，经典力学已无法解释。

为了解释迈克尔逊实验发现的光子不符合“伽利略变换”的事实，洛仑兹沿用“以太”的观点，仍按经典力学的伽利略变换，而提出所谓“长度收缩、时钟变慢”，而能适应相应的观测结果。即：仍按伽利略变换，由两个3维空间正交坐标系，仅以沿X，以恒速V，牵引运动t、t’时间，并设长度收缩，又已知真空中光速为常数c,的条件下，而得到的3维矢量在此两坐标系的变换。

而且，也相应地有时钟变慢的结果。

它符合了“V=c时，迈克尔逊实验观测不到光程差”的结果，而且，表明：当V<<c，才蜕化为伽利略变换。

这样，就得到：洛仑兹变换，而能解释迈克尔逊实验的结果。

但是，对于所谓“以太”，却始终无法证实它的客观存在。

而所谓“长度收缩、时钟变慢”又带来例如：所谓孪生子等等佯谬或悖论，即：设有孪生兄弟两人，如果哥哥以一定速度运动，弚弚在原地静止，那么，按时钟变慢的论点，哥哥所在的系统会因时间慢于弚弚所在的系统，当哥哥回到原地与弚弚再会合时，岂不是反而会出现比弚弚年龄更小了的不合实际的悖论吗？

因而，不能自圆其说。

爱因斯坦打破经典力学“绝对时间”的错误观点，采用欧基里得4维时空的闵可夫斯基矢量表达客体的时空位置，即由4个彼此线性无关的 (对于正交系，为彼此正交的) 轴矢组成的轴矢系，表达时空位置矢量，其中，“时间”不仅是3维空间位置矢量各分量坐标的一个重要参变量，而且是与3个空间轴彼此线性无关的 (对于正交系，为彼此正交的)另一轴矢（时轴矢）的主角，“时轴”分量的模长由ic(3)t表达(i是虚数符，即-1的平方根，c(3)是相应牵引运动参考系中的真空中3维空间光速，t是时间)。不同的牵引运动轴矢坐标系间的变换是“洛仑兹变换”，才圆满地解决了这个问题。才导致狭义相对论的诞生。

经典力学只是其低速（其速度与光速相比可以忽略）的近似。

其实，按狭义相对论，“不带’号”与“带’号”的两个牵引系间，分别以同一时空位置矢在两系，r, r’ ，和时空牵引位置矢, r*，的“时轴分量”和“3维空间轴分量” ict；r(3)，ict’；r’(3)，ict*；r*(3)，表达的变换应为下式：

ict’=ictict*/r*-r(3)r*(3)/r*,

r’(3)=ictr* (3)/r*+ r(3)ict*/r*,                                     (1)

只是对于惯性的牵引运动系，才可用时空牵引速度矢, v*，取代时空牵引位置矢r*,而有：

ict’=ictic/v*-r(3)v*(3)/v*,

r’(3)=ictv* (3)/v*+ r(3)ic/v*,                                     (2)

而同一时空速度矢在两系，v,v’，和时空牵引速度矢, v*，的“时轴分量”和“3维空间轴分量”应分别表达为：

ic; r(3)/dt, ic; dr’(3)/dt’, ic; ic; d r(3)*/dt*。

只是对于惯性的牵引运动系，两系 间 速度的相应变换才可以简化表达为：

ic=ictic/v*-r(3)v*(3)/v*,

v’(3)=ictv* (3)/v*+r(3)ic/v*,                                      (3)

由于中微子在3维空间的速度接近光速，在两系间的变换应按上式。因而：

OPERA实验由GPS测量的距离，730公里，实际是的r*(3)的变量，它既不是“不带’号”系的r(3)的变量，也不是的r’(3)的变量。由GPS和“铯原子钟”测量的时间变量实际只是在“带’号”系观测点观测到的t’的变量，它既不是“不带’号”系的t的变量，也不是的t*的变量。

因而，根本不能用它们相除求得在两系，和时空牵引的任何速度矢, v,v’,v*,或它们的3维空间轴分量。

对这样同在地球上两处的两系，牵引运动是惯性的。

由(2)式可见：如果将t’的变量误用为t*的变量，就会得出算大相应速度的错误结果。

OPERA实验的科学家们用这样测量的距离和时间，计算接近光速的中微子速度就是这样用经典力学处理狭义相对论的问题，而实际上犯了“张冠李戴”的错误。

这种条件下，中微子的速度应可：按(2)式分别测得两系位置矢各分量的变量；或按(3)式分别测得两系速度矢各分量，才能正确决定。