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借一下引力波的“西风”

已有 3477 次阅读 2017-10-8 08:36 |系统分类:观点评述

本月初,2017年诺贝尔物理学奖授予雷纳·韦斯教授等三位美国科学家,以表彰他们在引力波探测方面取得的成就。

LIGO合作组在20162月宣布,他们于2015914探测到了引力波(GW150914)。它来自一个13亿年前,质量为36太阳质量的黑洞与一个29太阳质量的黑洞的碰撞,发出引力波。LIGO合作组探测到了0.2秒钟的引力波信号。关于引力波证据,LIGO合作组上月又发布了GW170814,其中VIRGO的数据不能令人满意。

这次诺奖为什么颁发得这么快,可能是由于获奖者都年事已高,而对引力波探测有着重大贡献的德雷弗教授今年年初就过世了,其他人能挺多久是个问题。如果等待独立的第三方测试结果,不知道是何年何月。所以这次的物理学诺奖,在一定程度上是对老科学家的“安慰奖”。

一个朋友的评论很有诗意:涟漪啊涟漪,时空啊时空,诺奖终于开始赶时髦[微笑]

这里我话归正传,借引力波的“西风”,比较一下引力波探测实验与我们的交流电可以超光速实验。

LIGO其实是一个大尺度的迈克尔逊干涉仪,主要部分是两个互相垂直的长臂,每个臂长4000米,臂的末端悬挂着反射镜,在两臂交会处,从激光光源发出的光束被一分为二,分别进入互相垂直并保持超真空状态的两空心圆柱体内,然后被终端的镜面反射回原出发点,这样就会形成干涉条纹。如果有引力波通过,便会引起一臂的长度会略为变长,而另一臂的长度则略为缩短,这样就会造成光程差发生变化,激光干涉条纹就会发生相应的变化。

非常有趣的是:在2015年初,我与复旦大学研究生廖康佳做过一个小尺度的电学的不等臂环路的类似于迈克尔逊实验。通过实验我们发现,在特定的电路参数条件下,交流电的速度可超光速20倍以上。当然,我们承认,在大多数情况下,交流电的速度是低于光速的。


1中显示了不同方向的二个RL电路。

我们实验设定的条件:

R1=R2 1M欧姆的电阻,它们是示波器的输入阻抗。

L1以及L2不是独立元件的电感,它们代表由单根铜导线总长度的电感。

单根导线L1的长度为0.8米,L2的长度为6.8米。

下图的实验结果表明,当频率小于3MHz时,二个回路的时间差小于1纳秒,而且与频率无关。我们也做过长度差是9.0 m的试验,结果见下图:

图2. 时间差vs 频率曲线

在图2 中,红色曲线代表导线长度差是9m 的数据,蓝色曲线代表导线长度差是6 m 的数据。在图2中,二条水平线代表光速参考线。也就是说,如果假定金属导线中的交变电场以光速运动,它通过9 m 长度的时间是30 ns,通过6 m 长度的时间是20 ns。所以在图2中,水平方向的红色直线代表9 m 导线的光速参考线,水平方向的兰色直线代表6 m 导线的光速参考线。在光速参考线上面的数据是亚光速,在光速参考线下面的数据是超光速。

我们在不同的实验室,用不同的示波器做过许多条件试验。例如我们改变过二个RL回路的共地线的长度,从0.4m改为3.0m,示波器显示的时间差没有改变。我们也进行过这样的条件试验:在示波器的二个输入端口分别并联一个1 kΩ 的电阻,我们测量到的交流电信号速度VAC ≈ 2c这个实验结果是与理论公式得到的VAC 理论值相一致的。

我们的实验结果是可靠的,很容易在大学实验室重复。目前我们关注的是这个实验效应的科学意义,还谈不上应用。我们希望与电路专家和电磁学专家一起共同研究,争取为电路理论以及物理学的发展提供新途径。

参考文献

[1]. 张操,廖康佳,樊京,导线中交流电场时间延迟的测定,ModernPhysics 现代物理, Vol.5, 29-362015,  http://www.hanspub.org/journal/PaperInformation.aspx?paperID=14804

[2]. 张操, 廖康佳, 交变电场速度测量的物理原理,《现代物理》,Vol. 5 No. 2 35-39  (2015)   http://www.hanspub.org/journal/PaperInformation.aspx?paperID=14949

[3]. 张操,廖康佳,申红磊,胡昌伟,交流电超光速的实验研究,《前沿科学》,Vol. 11(Mar. 2017) 67-72.




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