博文
交流电可能超光速实验的理论基础 (陆绮 绘画)
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首先，我要感谢陆绮博士。由于她的鼓励以及帮助绘画，才促进了我写这篇博文。用科普形式来表示我们的超光速实验的理论基础，这是一件很不容易的事，所以我先列出5篇参考文献，如果网友有意深入阅读，可以点击链接和下载。
我们的论文可参见参考文献[1-3]；二篇通俗报道参见参考文献[4-5]。
在最近的科学网的讨论中，专家们肯定了我们的实验的可重复性。我们的实验工作，的确很简单：我们仅仅是找到了交流电可能超光速的特定电路参数。同时我们要归功于当代示波器技术的进步。
我们的实验问题表面上简单，实际上涉及物理学和电磁学的许多基础问题。参加专业讨论的网友需要具备理工科大学二年级以上的基本训练（包括自学）。
这里我首先说明一下光波（电磁波）与交变电场的区别。我们家用的电灯发出的是光波。电灯光在空气中（接近真空）是直线传播的。光波是横波，也就是说，在光的传播方向上，具有横向的电场分量以及磁场分量。光速虽然很快，1秒中可以跑30万公里。然而，如果在1纳秒的短时间里，仅仅跑30厘米。
交变电场的速度是多数呢？很少有人研究。例如家用交流电源的插座二端，是一个交变的电偶极子，电插座二端附近有交变电场。然而，这个交变电场的速度是很难测定的。
当交流电源连接上导线和负载（电阻）以后，因为金属导线中存在大量电子，在导线中的交变电场的速度是可以测定的。下面是我们实验的示意图。在示意图中，我们用箭头线的长度来表达交变电场的速度。（如果用箭头线代表光速，长度仅仅0.3厘米）。另外，我们用时钟指针5分钟代表1纳秒。
导线中的小人代表电子，它们跑的速度很慢，每秒不到1毫米。
如果交流电源的频率是1MHz, 那么一个周期的时间是1微秒。上图中画出的是前半个周期（0.5微秒）的电场方向以及电流方向。交变电场带动了电子，产生了电流以及电功率。
下图是我们在示波器上的实验结果的一个显示。
红线代表短导线回路的1M 欧姆电阻上的电压 Vs 时间；兰线代表长导线回路的1M 欧姆电阻上的电压 Vs 时间。右下角显示时间差是 500ps = 0.5ns。它达到了示波器的精度。所以我们保守地取测量到的时间差为1纳秒。
关于这个实验中测量到的1纳秒的时间差的物理原因，我们认为是由于二路导线长度不同，对应于分布电感不同。所以，交变电场的速度 v = dl/dt (长度差/时间差)，实验结果是交变电场的速度超光速20倍。
上图的正弦曲线代表了电压 Vs 时间，它是由于示波器的扫描把电压变化在水平方向展示出来。交变电场是有相位的；上图的正弦曲线不代表交变电场是波。 因为实验中，我们采用了单频，交变电场的速度即使说成是相速度，那么它也是群速度。更加重要的是，它代表了能流速度，即电功率速度。
我们实验的出发点是电阻-电感（RL）交流电路的电压方程，其中包含了欧姆定律。
U (t ) = I (t ) R + L dI (t )/dt
这个方程是得到大量实验充分证明了的。它比传输线理论更加基础，更加可靠。我们的实验结果是这个 RL 交流电路的电压方程的推论。
传输线理论是有条件限制的。传输线主要结构型式有平行双导线、平行多导线、同轴线等。它的特点是平行双导线的长度大于工作波长，平行双导线之间的间距一般小于1.0厘米。在这样的条件下，平行双导线之间的分布电容不能忽略，从而传输线理论对于这样的电路条件有效。作为传输线理论的推论，电压波在阻抗不匹配的电路会出现反射等现象。对于2MHz 的交变信号，对应的工作波长是150米。
不同于传输线理论的电路条件，我们的实验有如下几个特点：
(1) 由单根漆包铜线构成回路，单根漆包线的总长度小于10 米；
(2) 构成电路回路的线间线间距离大于3厘米，导线间的分布电容可以忽略；
(3) 我们选用交变电信号的工作频率小于3 MHz。工作频率越低，效果越好。仅仅是为了容易在示波器上显示，我们选用交变电信号的工作频率在1~2 MHz。
(4) 在电路回路中，1M欧姆的电阻是示波器的输入阻抗。L1以及L2不是独立元件的电感，它们是导线的分布电感。电感量与导线长度正相关（不是正比）。
电感的感抗代表反抗电流变化的程度。由于电感的感抗，造成了大电阻上电压的时间延迟，而且长导线比短导线时间延迟要多些。
对于在实验室内的小尺度电路实验，研究电路的专家经常采用集总元件电路模型，这个电路模型是不计算导线长度的。集总元件电路模型不考虑导线长度，其实它隐含了一个假定：交变电信号在导线中的速度是无穷大。所以我们的实验结果表明，在特定条件下交变电信号在导线中的速度超光速20倍以上，这不仅是合理的，而且也是对集总元件电路模型的改进。
在RL 交流电路的电压方程中，包含了欧姆定律，它独立于麦克斯韦方程组，从而与相对论没有相关性。所以，交变电场的速度可能超光速，它不受相对论的约束。或者说，狭义相对论不适用于电路。
因为这个实验是中国原创的实验，又有重大的科学意义，所以，我在这里向中国的科学界呼吁：请有条件的实验室作为一个重要的科研项目，进行更多的条件试验和改进，并且在理论上进一步的研究。
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，《现代物理》，Vol. 5 No. 2 ，29-34 (March 2015)
http://www.hanspub.org/journal/PaperHis.aspx?JournalID=579&IssueID=2006
2. 交变电场速度测量的物理原理，《现代物理》，Vol. 5 No. 2 ，35-39 (March 2015)
http://www.hanspub.org/journal/PaperInformation.aspx?paperID=14949
3. 交流电速度可能超光速20倍—兼评郑翊等人的论文“电磁场的传播速度”, 《现代物理》，Vol. 5，No. 6, 125-132 (Nov. 2015).
http://www.hanspub.org/journal/PaperInformation.aspx?paperID=16335
4. “电可以跑得比光快，这是真的吗？”，上海科协主办的新民咖啡馆科普论坛报道：
http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5MDM1ODIzMQ==&mid=403342774&idx=2&sn=8cf2cee31ddf86930e71e96b53fca31a&scene=1&srcid=0225ltCWtFwVNVjUPzmm9QQe#rd
5. 杨兰报道：“交流电可能超光速实验挑战了相对论”, 2016-04-22,中国科技新闻网:
http://www.zgkjxww.com/kjxw/1461723158.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-271800-977537.html
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