电磁波传播中的超光速群速和负群速

分析了产生群速超光速和负群速的条件。讨论了截止波导中消失波条件下的超光速群速和负群速。用模拟同轴光子晶体的结构进行实验,获得了阻带中的超光速群速,Vg=(1.5-2.4)c。     

电磁源近场测量理论与技术研究进展

讨论了近场的两类基本电磁环境———束缚场与消失态;前者包含静态场(按r-3规律衰减)和感应场(按r-2规律衰减);后者包含消失平面波谱,当离源的距离增大时指数地急速下降。束缚场在本文中称为类消失场。近年来两者都发现了电磁波在自由空间以超光速传播的现象,实验上还进一步观察到负波速。由最近几年的实验,对束缚场而言结果并不支持普遍认为的以光速( v = c)迟滞传播的观点;根据对天线近区内无迟滞现象的观测,提供了束缚电磁场的非局域性的实验证据,有的实验甚至达到了高度超光速,即v≥10c。非局域性是一个量子力学概念,故束缚场的非局域特性可能在经典电磁学与量子力学之间建立紧密联系。在实际应用方面,论述了从辐射近场测量数据转换到辐射远场的技术,包括平面波谱( PWS)法和微波二端口网络散射矩阵法。此外还叙述了与近场微波显微镜发展的有关问题。但本文强调在近场测量中发现的新现象,给出了理论上的多个对偶关系。讨论了近场超光速现象的量子解释,认为应从理论上应用“消失态是虚光子”的思想。本文提出应当重视的一个研究领域是：在不使用反常色散和LHM超材料的近场条件下获得的在自由空间的内向波。最后指出了使用环天线做进一步实验的必要性。     

论电磁波传播中的负速度

近10年来,多国科学家以实验研究了在短波、微波、光频和太赫波频段发生的超光速现象.在许多情况下,是发送脉冲后使之作负速度波传播,从而实现超光速传播的.本文概述了在负速度波传播方面的理论研究和实验研究.例如,实验中使光脉冲通过原子气室,其峰值到达入口前即在出口处浮现,呈现负渡越时间和负群速.故群速可以大于光速,可以为无限大,甚至可以为负.近年来,实验和观察中累累发现负速度的超光速现象,故可以认为它是科学研究的前沿之一.     

自由空间中天线近区场的类消失态超光速现象

近年来不断有报道说,自由空间中在近场条件下电磁波可以超光速行进.实验中也观测到自由空间中的负波速现象.本文用类消失态原理和超前波理论对此作出解释.通过比较和鉴别,研究了消失场与天线近场的特性.因此我们得到了一种统一的认识和理解,它涵盖了近场超光速性、消失态电磁现象、Maxwell方程超前解、负波速.     

波粒二象性理论的若干问题

论述了光波和物质波的波粒二象性理论的发展，讨论了该理论的存留问题。认为光子的静质量和光子的内部结构仍是科学中的关键性疑点。指出，虽然波粒二象性成立的前提是波长足够小，但在现有理论中却提不出一条清晰的界线。讨论了光波和电磁波是物质还是物质属性的问题。提出了对de Broglie波超光速相速的疑问。分析表明，如何建立电磁脉冲的粒子形象的问题仍需解决。此外，探讨了当电磁脉冲以超光速传播时相对论是否受破坏。最后，讨论了消失波的粒子性和虚光子问题。     

波粒二象性理论的成就与存留问题

论述了光波和物质波的波粒二象性理论的发展，诗集了该理论的存留总是，认为光子的静质量和光子的内部结构仍是科学中的关键性疑点，指出，虽然波粒二象性成立的前提是波足够小，但在现有理论中却提不出一条清晰的界线，诗集了光波和电磁波是物质还是物质属性的问题，提出了对de Broglie波超光速相速的疑问。分析表明，如何建立电电磁脉冲的粒子形象的问题仍需解决，此外，探讨了当电磁脉冲以超光速传播相对论是否受破坏。最后，讨论了消失波的粒子性和虚光子问题。     

Proca电磁理论的若干问题

2004年6月，位于西非Oklo的美国Los Alamos实验室的核工业反应堆对实验数据做再分析后得出结论说，近20亿年内精细结构常数减小了4.5×10-8。常数不常，意味着光速有很小的变化。这是最新的与狭义相对论不符的实验报告。另一方面，光子如有质量，Maxwell方程组将被Proca方程组所取代，而磁矢位（势）A将成为可观测量。而过去和现在都有许多方法测量光子的质量。文章的主要目的是在Proca理论框架内研究电磁波波速，发现即使在自由空间（真空）条件下也会出现超光速传播；同时又对波导与Proca波的截止现象做了比较，给出了相应的结果。     

黄志洵教授的科学贡献

黄志洵是中国传媒大学的微波工程教授、中国科学院电子学研究所客座研究员。他曾在国内外发表科学论文约160篇,又出版过10种科学专著。他的书《截止波导理论导论》曾获全国优秀科技著作奖。1999~2008年间,他发表了4种书讨论超光速问题和电磁场理论。1991年他在著作中指出截止波导中的消失波可能造成负相速(Vp<0)和负群速(Vg<0);而在2003年他和课题组成员一起在使用同轴光子晶体的实验中观察到群速超光速,Vg=(1.5~2.4)c。     

波粒二象性理论的成就与存留问题

论述了光波和物质波的波粒二象性理论的发展 ,讨论了该理论的存留问题。认为光子的静质量和光子的内部结构仍是科学中的关键性疑点。指出 ,虽然波粒二象性成立的前提是波长足够小 ,但在现有理论中却提不出一条清晰的界线。讨论了光波和电磁波是物质还是物质属性的问题。提出了对 de Broglie波超光速相速的疑问。分析表明 ,如何建立电磁脉冲的粒子形象的问题仍需解决。此外 ,探讨了当电磁脉冲以超光速传播时相对论是否受破坏。最后 ,讨论了消失波的粒子性和虚光子问题。     

中国第一个超光速实验在北京广播学院获得成功

北京广播学院通信工程系的黄志洵、逯贵祯教授及硕士研究生关健,最近完成了一篇英文论文“Superluminal and Negative Group Velocity in the Electromagnetic Wave Propagation”(“电磁波传播中的超光速群速和负群速”),今年6月在《Engineeting Science in China》(ESIC——中国工程院院刊英文版)上发表。文章的前半为理论研究——分析了产生群速超光速和负群速的条件;讨论了截止波导中消失波条件下的超光速群速和负群速。文章的后半报道了关于“超光速群速”的实验——据我们所知,这是国内的首例超光速实验。该实验采用同轴光子晶体(CPC)结构进行,获得了阻带中的超光速群速,V_g=(1.5～2.4)c。     

反映光的本性的若干著名科学实验

讨论了一些早期的有关光的本性的科学实验（如Michelson-Morley实验，Lebedev实验，Compton实验，Maiman实验等）。然后指出：由于超光速、超慢光速、负折射率的研究的进展，人们对光波性质的兴趣大大增长了。介绍了量子光学方面的一些最新实验，如激光冷却、Bose-Einstein凝聚态、原子激光态。     

超光速研究的历史与若干进展

简述了光速测量和超光速研究的历史。介绍了中国科学家对王力军博士超光速实验的各种观点。指出超光速研究的意义和一些需要研究的问题。     

超光速研究的历史与若干进展

简述了光速测量和超光速研究的历史。介绍了中国科学家对王力军博士超光速实验的各种观点。指出超光速研究的意义和一些需要研究的问题。     

电子和正电子的物质湮灭转化为虚物质粒子的研究

提出了低于光速的正物质(三维空间物质)具有正引力场能,外在表现为放热(或有热辐射),有正引力场(有向心力、正引力).等于光速的0(零)物质有0(零)引力场,也论证了超光速的虚物质(四维空间物质、暗物质)具有负引力场能,外在表现为吸热,具有反引力场(排斥力),超光速的虚物质(四维空间物质、暗物质)因为具有负引力场能,结果导致了宇称不对称现象.论证了电子和正电子的物质湮灭转化为超光速的虚物质(虚光子),并推导出了虚光子γ的质量为5.006×10-41 g.也推导出了超光速虚光子γ的薛定谔方程,并且论证了高能量场虚光子γ的能量E2是有8个能量相位(太极八卦相位)的.     

反映光的本性的若干著名科学实验

讨论了一些早期的有关光的本性的科学实验（如Michelson-Morley实验，Lebedev实验，Compton实验，Maiman实验等）。然后指出：由于超光速、超慢光速、负折射率的研究的进展，人们对光波性质的兴趣大大增长了。介绍了量子光学方面的一些最新实验，如激光冷却、Bose-Einstein凝聚态、原子激光器。     

论量子超光速性

A.Einstein对量子力学(QM)的反对态度从1926年开始显露,1935年与B.Podolsky、N.Rosen联合发表论文时达到顶点,而EPR论文后来是从反面促进了科学的发展。该文以狭义相对论(SR)为思想基础,而SR和EPR都否定超光速的可能性。但QM允许超光速存在,并与研究超光速的前提即QM非局域性一致。1985年John Bell说,Bell不等式是分析EPR推论的产物,该推论说在EPR文章条件下不应存在超距作用;但那些条件导致QM预示的奇特相关性。Aspect实验的结果是在预料之中的,因为QM从未错过,现在知道即使在苛刻的条件下它也不会错;可以肯定实验证明了Einstein的观念站不住脚。Bell认为在进退两难的处境下可以回到Lorentz和Poincarè,他们的以太是一种特惠参考系,在其中事物可以比光快。Bell指出正是EPR给出了超光速的预期。……1992年以来有多个超光速实验成功的报道,有的以量子隧穿为基础,有的利用经典物理现象(如消失波、反常色散)。而在2008年,D.Salart等用处于纠缠态的相距18km的2个光子完成的实验证明其相互作用的速度比光速大一万倍以上,为104c～107c;可以说此实验对有关EPR的长期争论作了结论。过去25年来,量子超光速性是笔者的主要研究课题之一。1985年我们提出了量子势垒的等效电路模型;1991年我们最早指出截止波导中消失波模有负相速(vp0)和负群速(vg0)现象,笔者的专著《截止波导理论导论》获全国优秀科技著作奖。2003年我们用同轴光子晶体进行实验并观测到阻带中的超光速群速,为(1.5～2.4)c。2005年我们提出广义信息速度(General Information Velocity,GIV)和在2010年提出量子超光速性(Quantum Super-luminality,QS)两个概念,并建议改造现有的高能粒子加速器以寻找和发现超光速奇异电子。本文则较深刻地讨论了QS的若干问题,涉及微观粒子的速度定义、EPR思维与超光速研究的关系、量子纠缠态作用速度、量子隧穿的超光速性、负波速、Casimir效应的超光速性。文中指出Sommerfeld-Brillouin波速理论的意义和不足,用实验例说明量子光学(QO)方法与经典物理概念结合运用是重要的。自2000年以来的负群速实验常以某金属(如铯、钾、铷)的原子蒸汽状态作为受试对象,充分利用激光的高科技特性和手段,从而使之成为具有典型QO特征的现代物理实验,因而极不同于经典性质的物理实验。负群速不仅是超光速的特殊形态,而且普遍具有下述特征:输入脉冲进入媒质前,出口处即呈现输出脉冲峰,因而与经典因果性不同。虽然关于QS的知识和发现是丰富的和生动的,并且极有启发性,但它并不正面和直接地回答"物质、能量、信息能否以超光速传送"的问题。设计巧妙而有说服力的实验仍是科学家们的基本任务。     

论量子超光速性

A.Einstein对量子力学(QM)的反对态度从1926年开始显露,1935年与B.Podolsky、N.Rosen联合发表论文时达到顶点,而EPR论文后来是从反面促进了科学的发展。该文以狭义相对论(SR)为思想基础,而SR和EPR都否定超光速的可能性。但QM允许超光速存在,并与研究超光速的前提即QM非局域性一致。1985年John Bell说,Bell不等式是分析EPR推论的产物,该推论说在EPR文章条件下不应存在超距作用;但那些条件导致QM预示的奇特相关性。Aspect实验的结果是在预料之中的,因为QM从未错过,现在知道即使在苛刻的条件下它也不会错;可以肯定实验证明了Einstein的观念站不住脚。Bell认为在进退两难的处境下可以回到Lorentz和Poincarè,他们的以太是一种特惠参考系,在其中事物可以比光快。Bell指出正是EPR给出了超光速的预期。……1992年以来有多个超光速实验成功的报道,有的以量子隧穿为基础,有的利用经典物理现象(如消失波、反常色散)。而在2008年,D.Salart等用处于纠缠态的相距18km的2个光子完成的实验证明其相互作用的速度比光速大一万倍以上,为104c～107c;可以说此实验对有关EPR的长期争论作了结论。过去25年来,量子超光速性是笔者的主要研究课题之一。1985年我们提出了量子势垒的等效电路模型;1991年我们最早指出截止波导中消失波模有负相速(vp0)和负群速(vg0)现象,笔者的专著《截止波导理论导论》获全国优秀科技著作奖。2003年我们用同轴光子晶体进行实验并观测到阻带中的超光速群速,为(1.5～2.4)c。2005年我们提出广义信息速度(General Information Velocity,GIV)和在2010年提出量子超光速性(Quantum Super-luminality,QS)两个概念,并建议改造现有的高能粒子加速器以寻找和发现超光速奇异电子。本文则较深刻地讨论了QS的若干问题,涉及微观粒子的速度定义、EPR思维与超光速研究的关系、量子纠缠态作用速度、量子隧穿的超光速性、负波速、Casimir效应的超光速性。文中指出Sommerfeld-Brillouin波速理论的意义和不足,用实验例说明量子光学(QO)方法与经典物理概念结合运用是重要的。自2000年以来的负群速实验常以某金属(如铯、钾、铷)的原子蒸汽状态作为受试对象,充分利用激光的高科技特性和手段,从而使之成为具有典型QO特征的现代物理实验,因而极不同于经典性质的物理实验。负群速不仅是超光速的特殊形态,而且普遍具有下述特征:输入脉冲进入媒质前,出口处即呈现输出脉冲峰,因而与经典因果性不同。虽然关于QS的知识和发现是丰富的和生动的,并且极有启发性,但它并不正面和直接地回答"物质、能量、信息能否以超光速传送"的问题。设计巧妙而有说服力的实验仍是科学家们的基本任务。     

负波速研究进展

近年来有众多实验证明了超过真空中光速的可能性,并从理论上和实验上对群速超光速和负群速作了研究。本文着重论述负波速的光传播,例如光脉冲通过被测物(如原子气室或光纤)时其峰值在进入它之前就在它的输出端出现了,从而呈现出负渡越时间和负群速(NGV)。可以证明当Goos-Hnchen位移GHS为负,即D<0,而|D|>dΦ/dkz,则可获得负渡越时间(τ<0)。……文中论述的NGV传播是依靠反常色散媒质或消失波而实现的。在电磁理论中相速、群速可定义为矢量或标量。如在标量表达时出现负号,例如νg=-c/ng,不能认为负号只表示向反方向传播。必须指出在Sommerfeld-Brillouin波速理论中负群速是超光速的一种形态。本文提出了开展"三负研究"的思想,所谓"三负"是指负折射、负波速和负GH位移。如果我们透过现象看本质,这三方面的内在联系是非常重要的。最后,本文深入讨论了量子波动的内容和意义。     

量子远程通信与超光速运动问题

论述量子远程通信这种超空间性质传输的物理本质尚不清楚，与超光速运动有无联系也不清楚；若考虑虚数“i”的作用，狭义相对论可与物质的超光速运动相容，且不违反因果律；既使自然界存在超光速的物质运动也不可能动摇狭义相对论；建议设计实验测量德布罗意波的相速度，深入研究波粒二象性．     

论Bessel波束超光速现象

Bessel波束具有奇异的特性,例如在传播中不发生衍射,而且实验测量证明其群速比光速c要大。对其超光速运动可以用球面波前在对称轴上的干涉作简单解释。2006年有研究人员指出,不仅通常的实宗量Bessel波,虚宗量修正Bessel波也有群速超光速现象。