[原创]中微子战争与额外维拨乱反正

yetiaoxin

[watermark]中微子战争与额外维拨乱反正
相对论中的超光速是一个世纪之谜。但人类自此产生的光速和超光速阵见的分裂，不是爱因斯坦相对论惹的祸，而是基于20世纪前经典自然科学的物质定义惹的祸。因为19世纪末20世纪初开始的革命浪潮，把唯物主义和唯心主义的争论深深打进了基础科学研究。超光速作为一种“额外维”，被爱因斯坦当作唯心主义的东西舍掉。但自称是坚持唯物主义的人则认为，超光速不是唯心主义的东西，而是可见的世界中真实的物质速度的客观存在。
2011年9月，以意大利格兰萨索国家实验室下属的“奥佩拉”的实验装置，接收到来自欧洲核子研究中心(CERN)的中微子，两地相距730公里，中微子跑过这段距离的时间比光速还快了60纳秒的报道，新一轮的实数与虚数超光速之战又打响起来。
因为超光速的中微子的发现，被一部分人认为，将颠覆爱因斯坦的相对论，科学会发生翻天覆地变化。但不同意的人，却怀疑奥佩拉实验有错。所以超光速之谜或超光速之争，实质不在于超光速存不存在，而在于说清楚拨乱反正。
“维数”表示空间广延性而使用的一个概念，经典物理学中提出，宇宙是由空间的三维和时间的一维，合起来组成的四维时空。想到“额外维”，已被称为“卡鲁扎-克莱因奇迹”。
因为第一个想到“额外维”的人，虽然是芬兰物理学家诺德斯特朗，在1914年，出现在他的有瑕疵的引力理论文章中，但真正有影响并被爱因斯坦看重的，是德国哥尼斯堡大学的无薪数学教师卡鲁扎1919年写的论文，和1924年瑞典物理学家克莱因完成的论文。卡鲁扎发现加入一个额外维度后，重新构建的广义相对论方程不仅包含了爱因斯坦引力场方程式，同时还有描述电磁场的麦克斯韦方程组；该论文1921年由爱因斯坦将其发表。而克莱因在不熟悉卡鲁扎的文章的情况下，研究带电粒子在电磁场和引力场的影响下，提出第五维是卷曲成一个半径非常小的环圈。
20世纪60年代初我们还是中学生的时候，在不知道卡鲁扎-克莱因奇迹的情况下，在环圈图像中，我们引进对称性的自旋结构，来编码基本粒子。现在看克莱因的环圈，是粒子沿着这个“轴线”，移动很短的距离，就会回到起始点；粒子在回到起始点前所能行进的距离，则称作是该维度的大小。这个额外维度是一个紧集，而时空具有紧致维度的现象，称作是紧化。而我们的额外维环圈，因为是以自旋度量，所以不受紧致化的限制。例如类星体的超光速，也许有不仅是一种计量自旋不同的区别。例如，如果类星体的自旋，仅取类似月球绕太阳公转的轨道运动，假定为类似环圈的面旋，并以此作类星体亮度周期变化的一次轨道长度，那么亮度周期时间一定，类星体就不会出现超光速运动。但如果类星体的自旋，不仅有类似月球绕太阳公转的轨道运动，而且有类似月球绕地球公转的轨道运动，这假定为类似环圈的线旋，那么这个轨道长度就大为减小，而亮度周期还是那个时间值，计算类星体的运动，就有会出现超光速的现象。
其次，额外维环圈的体旋，也会带来一个体内的虚空间，我们把它对应类似虚数，称为“点内空间”，如果设想有微观粒子，像野鸭子钻水是穿行于“点外”和“点内”前行，那么其速度也会出现超光速的现象。因此，超光速的现象不仅要有精确实测时间和距离的计算，证明是真实的；而且还要有区分客体运动，是穿行于“点外”，还是“点内”前行的证明。这也是超光速最难区分的地方，例如EPR隐形传输，“点外”就通不过超光速。
所以后来我们说“额外维”，主要是指“点内空间”。它是隐藏在“点外”四维时空之外的一种看不见的那些维度。如果问我们的宇宙是否只考虑五维时空，即只是添加了一个额外维的四维空间+时间的一个五维时空模型？添加一个以上的额外维，也是可以的吗？
有人说，考虑更多的维数也未尝不可。不过如果考虑的是五维以上的时空，用实验进行验证就不会这样简单了。也许不是专门学物理学的人，似乎更关心宇宙究竟有多少维数，但是物理学家们，最感兴趣的是额外维是否真的存在？是否真的存在着假定有额外维就应该有的那些粒子？
那么怎样做，才能够在头脑中想象更高维的世界呢？物理学家必须要想象的，是在具有额外维的宇宙中，哪些物理要素是不可或缺的？有人说，额外维是什么？额外维从何而来？他想到的额外维，就只是在高能量的作用下，量子卷缩起来的那些维。弦论说是26维，其他理论也有其他维度之说，例如霍金果壳宇宙说的量子皱折，其实就是额外高维。这与弦论是一致的。相对论中的时间倒流、时空弯曲、尺缩、钟慢等，其实都是这个东西；但相对论推导出了错误的结论。
但对宇宙超光速物理感到兴趣的人，大多数能接受的，是眼见为实这种观点。也许这种想法有时是对的；但是有时候坚持眼见为实，也会遇到中微子战争。可以说，就整个物理学而言，就是一部这样的“战争史”。例如谁也没有直接看见过原子或者夸克，所以有“原子战争”、“夸克战争”。但后来种种检测技术，都已经证实了它们确实存在后，已能说明抽象思维的重要性。但到底是超光速还是额外维，囿于眼见为实的成见，仍然难倒了一批国际第一流的物理学家。
例如OPERA是将高能中微子束流从位于日内瓦附近的加速器，传输至730千米外的一个意大利实验室，利用2000吨重的乳胶寻迹设备开展中微子振荡的实验项目，到2011年11月据报道，原来的结果公布后，测量的多个环节被质疑，其中最可能出错的是拟合误差，其发射的中微子束团长10500纳秒；当探测到一个中微子的时候，并不知道它是束团中的哪一个质子产生的，需要依靠时间结构拟合来确定时间差。为了消除这个误差，OPERA实验重新进行了实验验证，特地将每个中微子束团缩短到3纳秒，相隔524纳秒。这样每个探测到的中微子都能找到准确的发射时间。新的实验11月6日结束，在十几天内共测到20个中微子，新的测量结果与原结果一致，即中微子比光快60纳秒，误差为10纳秒。
但新的报告又说，OPERA新的测量尽管有大的显著度和可靠的分析，由于结果有潜在的巨大影响，将继续研究，调查可能存在的、能解释观测到的反常现象的未知系统误差，谨慎地不对结果做任何理论上的或唯象上的解释。OPERA原来的论文，有15个作者拒绝签字。经过新的测量，以及对原来分析的重复检查，此次报告新增了9个作者，同时也少了4个原作者。
为什么原来不肯签字的15个人中，有9个投降了？原来署名的作者中，有4个害怕了？也许OPERA实验获得的超光速现象，仅仅只类似有精确实测时间和距离的计算，证明是真实的，还没有区分中微子个体的运动，是穿行于“点外”，还是“点内”前行的证明。
即原来不肯签字的15个人中这次有9个签了字，也许他们承认了这次精确实测时间和距离的计算真实。原来署名的作者中这次有4个不签字，也许他们想明白了超光速最难的区分，是穿行于“点外”，还是“点内”前行的证明，但他们并没有做。对于前者，OPERA还解释为什么原来不这么测，是因OPERA实验的本职工作，原为寻找缪中微子到陶中微子的振荡，不是测速度。原来的束流模式，会产生更多的中微子，但时间不精确。这次实验将束团调窄，中微子的产生额下降了60倍，但时间更准，每个中微子都能找到对应的产生时间。所以OPERA已经明白无误地告诉了世人，他们的精确实测时间和距离，只在于计算，不在于分真假速度。
有人评论道：信或是不信，那是信仰问题，不是科学问题。每个人都可以有自己的倾向性，但在事实面前，必须见风使舵。他曾经的信仰是：99%是OPERA实验做错了，0.9999%是中微子有什么特殊性，0.0001%是相对论错了。据说大部分人是假定有各种各样的特殊性。这次消除了一个重要的可疑之处，他打算见风使舵，更改自己的信仰为：90%是OPERA实验做错了，9.9999%是中微子有特殊性，0.0001%是相对论错了。从该评论可见科学问题，现在其实已经不是信仰的问题，更不是学者必须要像乞丐一样自谋生计；今天学问是不可以用来当饭吃的，必须在唯物与唯心的大是大非问题上，像大师爱因斯坦那样适应生态，见风使舵。
但余昕先生追溯科学起源时说，在欧美读博士学位的人，毕业的时大多会参加一个蒙头仪式，也即挂兜帽的仪式。兜帽是学位服的一部分，形状如同一条拓扑稍微复杂些的围脖，只有硕士以上的人才有资格挂。毕业前他一直以为兜帽不过是件装饰品，给原本冗长乏味的学位服增添些色调和繁复。它的真正的功能，是直到他参加了自己的蒙头仪式才知道。
那是教务长面对着黑压压的一场子人说，你们就要挂上兜帽了，可你们知道兜帽是干啥子用的吗? 它可不仅仅是学问的象征。原来在中世纪，学问是不可以用来当饭吃的，学者必须象乞丐一样自谋生计，兜帽便是学者的讨饭袋子。于是他才恍然大悟，蒙头仪式就是丐帮的加袋仪式。
也许类似《求是论坛》有网名为“本土人”的人说：“传统经典，真正是黔驴技穷了！”
不知坚持实数类似的超光速生态，还是坚持点内额外维虚数类似的超光速生态，黔驴技穷？
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shuiling0078

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