狭义相对论研究中的若干问题

量子力学(QM)在本质上具有非经典性、微观性和非局域性,故量子力学与狭义相对论(SR)在根本上不具有一致性。EPR论文集中代表了爱因斯坦对量子力学的不满和捍卫狭义相对论自然观的意图。虽然狭义相对论不允许超光速状态,但量子力学的非局域性表示出现超光速是可能的。实际上,超光速问题是狭义相对论与量子力学有尖锐矛盾的证明。对已有超光速实验作分类整理后指出,不少实验很象是一种量子行为,而这些实验是对狭义相对论和量子力学理论研究的激励。最后指出,对光子静质量虽已做过许多研究,仍有一些问题有待解决。     

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;若考虑清数“ｉ”的作用,狭义相对论可与物质的超光速运动相容,且不违反应因果律;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皮的相速度,深入研究波粒二象性。     

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．     

论狭义相对论的理论发展和实验检验

狭义相对论（SR）可概括为10个主要方面，即1个变换，2个公设，3个公式，4个推论。目前对狭义相对论的质疑集中在“光速不变公设”和“光速不能超过推论”这两方面。1992年以后的10年间已做成了若干超光速实验，有的在经典领域，有的在量子领域。2001年，有迹象表明在大的宇宙时间尺度上光速缓慢减小，这引起了对光速是否真的恒定不变的质疑，SR似已受到挑战。国际科学界如使新理论成立，将是Einstein提出SR以来的一次科学革命。     

将狭义相对论推广到超光速领域

本文应用光速不变性原理推导洛仑兹变换和超光束洛仑兹变换，指出以超光速洛仑兹变换为数学基础可以建立超光速狭义相对论，本文顺便指出，平动梁氏变换和转动梁氏变换均可推广到超光速领域，于是可建立超光速梁氏相对论。     

超光速佯谬和中微子

爱因斯坦的狭义相对论和因果原理意味着任何运动物体的速度不能超过光在真空中的速度。然而，有许多讨论超光速运动粒子的尝试，这些讨论或者是在狭义相对论的框架下进行的，或者是超越了狭义相对论。这些讨论都遇到一系列难以克服的困难，即“超光速佯谬”。文中详细分析了这种佯谬，并证明它在与狭义相对论兼容的量子理论中显然是不出现的。在实在世界中，中微子最可能是一种超光速粒子。     

超光速实验的一个新方案

Einstein的理论并非神圣不可侵犯,超光速将开启新物理学的大门,而自1955年以来一系列理论与实验研究企图发现超光速现象,多个实验显示超光速是可能的.本文在回顾1955年至2009年的研究后,得到"超光速是可实现的科学陈述"的结论.因此,狭义相对论关于"没有可以超光速行进的事物"的说法归于无效.飞出太阳系是人类长久以来的理想,飞行速度最好达到光速或超光速.当然这很难做到,但也不是绝对不可能.1947年超声速飞机试飞成功突破了"声障"一事已成历史,而可压缩流力学似可用到超光速研究中来,即以空气动力学成就作为突破"光障"的参考.从理论上讲研究"量子超光速性"是很重要的,具体包含两个方面:量子隧穿及量子纠缠态,它们分别对应小超光速(v/c<5)和大超光速(v/c>104).现时的超光速研究可考虑用圆截面截止波导(WBCO)来改造直线加速器,再检验电子的运动;亦即用量子隧穿以实现超光速,而在经过势垒之后波和粒子的能量减弱.这与突破声障的情况(例如Laval管)相似.为了研究飞船以超光速作宇宙航行的可能性,必须尝试使中性粒子(中子、原子)加速运动并达到高速.然而现实是不存在中子加速器,因此发现以超光速运动的电子(奇异电子)是科学家不妨一试的实验课题.从波动力学和渡粒二象性的观点看,"群速超光速"在实验中取得了广泛的成功,预示着粒子形态的电子以超光速运动的可能性存在.但后者与前者一样必然是"小超光速".这正好体现了电磁作用的传递速度(电磁波本征速度)仅为光速的事实,亦即无论波动或粒子的运动都只能在特殊条件下比光速c稍快.     

量子力学曲率解释与物理学的统一

量子力学的曲率解释在物理学思想层面为谋求相对论与量子力学的统一迈出了一大步。在此结合学者们的一些新的研究,进一步讨论了相对论与量子力学的深层次统一问题,涉及从相对论变换推导量子假说,康普顿物质波与德布罗意物质波的关系,超光速现象在量子层面是否存在以及如何理解等问题。     

快子及其量子场论

德、布洛意(de Broglie)、汤川秀树和李政道等曾一致预言有超光速现象,同时指出这与相对论并不矛盾。射电天文已发现类星体3C一345的平均爆炸速度为(2.5±0.8)c,高能现象也揭示基本粒子可能由快子构成。本文研究快子特有的波动方程、非线性坐标变换和1/2自旋的自由量子场方程。     

超光速问题与电磁波异常传播的研究

对超光速研究的进展作了概述。在尽量少用数学的前提下 ,作了一定的数学分析 ;指出经典电报员方程与 Klein- Gordon方程的相似使得前者可用于粒子隧穿和超光速现象的研究。论证了为了解超光速运动而采取经典电磁理论与量子理论相结合的研究方法的必要性。     

二参量描述的超光速中微子述的超光速中微子

根据中微子质量平方是负值的实验数据，提出了一个关于超光速中微子的量子理论，用一个和最大宇称破坏相关的质量项将两个Weyl方程耦合在一起，得到一个描述具有永久螺旋度且超光速运动的中微子的新方程，超光速粒子的速度在（0，∞）范围内变化，其内部上干迭加的两个矛盾场的相对变化导致亚光速粒子和超光速粒子的各种奇异特性，这个理论和狭义相对论是兼容的，因而可以有多方面的应用。     

论超光速与相对论的不相容性

本文对超光速粒子的各种模型作了讨论,指出其中存在的无法克服的困难。这些困难之所以难以克服是由于它们违反了物理学的基本原则如守恒律、因果律、迭加原理等,而且也和相对论的根本原理不相容。其次,本文简述了近十几年来探索超光速粒子的实验,对某些肯定超光速粒子存在的实验作了评述,并指出所有这些实验均给出否定的结果。     

光速可变理论及其相关问题

现有实验均未直接证实光速与方向无关这一论断,几个天文实验反倒证实了与其相反的结论。因此作为狭义相对论基础的光速不变原理是存疑的。在此前的论文中,笔者从对已有实验事实进行的理论分析证明光速是可变的。本文所要论述的是,若光速可变成立,由此将会引出一系列与此相关的问题与结论：相对性原理不是普适的、绝对运动是可以探测到的、光速是既变又不变、可以建立一种以光速定义的绝对坐标系等等。这样,长期存在的由于要求相对性原理与光速不变原理并存而形成的似是而非的困惑局面将得以消除,物理学将会得到一次解放。应指出．本文所述光速可变在概念上与目前报道的光速随时间而变的VSL理论及超光速理论有本质不同（并不排除存在此类现象的可能）,因为它涉及绝对坐标系这一更为根本的物理学问题。实验是检验真伪的唯一标准．建议国家主管部1＂3在论证的基础上组织人力、物力对笔者过去发表的单程光速、往返光速可变实验方法进行实验．以验证光速可变是否成立。     

超光速问题与电磁波异常 传播的研究

对超光速研究的进展作了概述。在尽量少用数学的前提下,作了一定的数学分析;指出经典电报员方程与Ｋｌｅｉｎ－Ｇｏｒｄｏｎ方程的相似使得前者可用于粒子隧穿和超光速现象的研究。论证了为了解超光速运动而采取经典电磁理论与量子理论相结合的研究方法的必要性。     

由相对性原理的普遍性,可导出洛仑兹公式的推广形式

光速ｃ究竟是极限？还是壁障？这是当前某些实验物理学家和某些理论物理学家争论的热点［１］。黄志洵教授［１］在“对开放空间中微波异常传播现象的探讨”一文中 ,详细介绍了２０世纪９０年代以来 ,几个突出的开放空间超光速ｃ（ＦＴＬ）实验的方法和结果 ,许多事实（包括实验室研究和天文观测）表明 ,超光速ｃ现象是客观存在的。黄教授在结束语中指出 :“微波属于经典性电磁波 ,出现超光速的自由空间（开放空间）传播确实令人难以理解 ,因而更应引起重视与实验研究”。笔者仔细研究了开放空间的ＦＴＬ结果 ,并与王力军［２］的超光速ｃ实…     

以全反射来验证虚时间的存在

利用量子框架中的虚时间概念，最近实验中报道的所有超光速讯号传播的佯谬可全部被排除．相对论不受到影响．全文提出用全反射来验证虚时间的存在的设想．     

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。     

超光速研究的量子力学基础

量子力学为超光速的研究带来了希望与可能。为检验EPR论文所做的实验显示,景象背后有某种东西比光进行得更快。量子隧道效应对超光速研究有重大意义,有关理论和实验研究都证明,人为地使一个光子或一个脉冲以超光速行进是绝对能做到的事;预期把等离子体用作位（势）垒时也会发现超光速现象;建议用实验研究物质波粒子（如电子）通过位（势）垒时将会发生的情况。     

关于光速C的可超越问题——论广义相对论中的光速与极限速度

狭义相对论的光速不变原理指出,真空中的光速相对于任何惯性系沿任一方向恒为C,并与光源运动无关。由于狭义相对论的巨大成就,使得人们对光速是极限速度这个结论,多年来未能引起怀疑。但是六十年代以来,由于科学技术的发展,提出了是否存在超光速粒子的新课题。近年来已发表过不少文章,在理论和实验上做了不少工作,