学术自由讨论是科学发展的前提——评黄志洵新著《超光速研究新进展》

2002年夏季，黄志洵教授的著作《超光速研究新进展》出版。书中介绍关于超光速研究的重要理论和实验进展，并按三个部分叙述不同领域的有关研究，如超光速理论与实验、反常色散与负群速（王力军等人的光脉冲超光速传播实验）、波粒二象性理论的成就和问题、EPR思维、中微子质量研究进展等。这是一本内容新颖、丰富、生动的好书，对读者颇具吸引力。文章强调指出，学术上的自由讨论是科学发展的前提。     

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。     

超光速研究的40年——回顾与展望

自美国物理学家O.M.Bilanuik和E.C.Sudarshan（1962年）以及G.Feinberg(1967年)的开创性工作以来，在美国、欧洲和中国都对超光速展开了研究。根据A.Einstein于1905年发表的原始论文，超光速没有存在的可能，但其1907年的论文对“信号传播不能超光速”却不很肯定。文章把速度问题分解为若干类、项，并提出“广义信息速度”定义以利于对众多速度概念的讨论。在反思了40年来（1962—2003年）的超光速研究以后，得出结论认为“超过真空中光速c”是一种可实现的科学陈述。     

对光速的再认识

本文从光速的测量入手引入光速 ,阐述了相对论中光速极限的概念 ,并对于超光速和光速的减缓进行了简要讨论     

光子的质量与真空中光速的色散

若光子是有质量的重光子，它的频率有一确定的最小值，光速则有一个确定的下限，仅低于极限速度 约10 % .与介质中光速的色散不同，由光子质量引起的色散几乎全部集中发生在最小频率附近狭窄的频率范围内，高于长波无线电频率的电磁波的速度都是饱和的，即等于极限速度 .因此，光速等于常数 的测量结果以及康普顿散射实验，都不表明光子的质量必然为零.静电场的传播速度应该等于光速的下限，后者则是光速色散的标志，所以，测量静电场的传播速度等同于观察光速的色散，从而有助于判断光子是否有质量     

论超光速研究

本文用大量事实说明，超光速研究的历史几乎与相对论的提出一样长久，并已发展为一项严肃的研究活动和独立的学科分支，处在相对论、量子力学、电子学三者的汇合处。讨论了ＥＰＲ思维——Ｂｅｌｌ定理——Ａｓｐｅｃｔ实验这一发展的意义。认为应在Ｂｏｈｍ量子位概念基础上研究量子场以解释超光速现象。对已有的微波超光速实验，指出应重视粒子穿过截止波导时几乎无相位变化这一特点。对１９９６年１０月的北京座谈会作了评述。指出还应关注天文学、气象学观测中发现的超光速现象。     

光速极限问题的讨论

狭义相对论指出,真空中的光速C是一切物质运动和信号传播速度的极限速度。这一重要结论很容易被误解为光速C(以下光速均指真空中的光速)是一切速度的极限,即任何速度都不能超过光速。本文通过几种物理现象,说明在物理学中不难找到超光速的例子,以求加深对光速极限问题的认识和理解。     

在超光速坐标变换中电磁场的变换规律

根据快子运动学和超光速粒子的电磁性质 ,对超光速坐标变换中电磁场的变换规律进行了研究。导出了不同超光速惯性系中电磁场变换的一般规律。结果表明 :由于超光速变换对坐标的不对称性 ,其逆变换不能由正变换中将V换成 -V直接得到 ;当V相似文献   

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。     

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。     

关于光子有无静质量的问题

本学光子有无静质量问题，基于有关超光速理论和光速极限，论证了光子的静质量存在的可能性。     

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。     

光速c：颠覆经典物理学的常数

相对论和量子力学是整个现代物理学的根基，它们分别依赖于两个基本常数：光速c和普朗克常数h。或许，光速c被命名为爱因斯坦常数更合适，因为是爱因斯坦赋予了这个最无神秘色彩的物理学基本常数一些神奇的意义，使得光成为人类探索微观世界和宇宙奥秘的最有力探针。本期“特别策划”，讲述的就是与光和光速有关的科学故事。     

“真空中光速c”及现行米定义质疑

基本物理常数出现于一些不同的物理现象中,是自然界客观规律的反映。1973年国际计量局(BIPM)决定真空中光速c值为299792458m/s;它的基础是高精度光频测量和高精度光波长测量,再用标量方程c=λf求出真空中光速。1983年根据这个值规定了更新的米定义;从那时起c值被固定化了,亦即真空中光速成为指定值。国际计量界认为无需再测量真空中光速。1983年的米定义已沿用至今。本文质疑了"真空中光速c"的定义和米定义。1905年Einstein提出狭义相对论(SR),其中有一个公设——光速不变性原理,但迄今缺乏真正的实验证明;近年来却有一些实验结果可能证伪了光速不变性。这种情况损害了国际计量大会(CGPM)1983年米定义的理论基础。如何看待真空始终是科学中的关键问题之一。当考虑量子物理真空概念时,实际上c是一个有起伏的值。分析显示,在今后的研究中c的恒值性和稳定性仍然有待解决。更有甚者,当计算真空中双平行导体板间能量时,会发现光速增大为超光速,虽然增值很小。不仅如此,真空极化作用也会改变光速;如此等等。真空中光速一旦指定就永远不变,但这是不可能的。既然计量学家认为关于光速恒定性的实验仍需进行,那就必须继续做高精度的光速测量。近年来光频测量技术飞速发展,锶晶格钟的不确定度仅为10-16(或更低),这为检验物理学基本理论、探讨基本物理常数是否真的是恒定常数创造了条件。而且当前已在研究修改秒定义的问题;故米定义也可以考虑修改。然而眼下尚不具备提出新的米定义的条件,因为一系列基础性难题尚待研究。例如在物理真空的概念中,真空中有许多忽隐忽现的虚光子,数量与环境温度有关。把真空看作一种媒质,光通过它时速度会减慢,其速度将与温度有关。这时真空中光速c已不再是一个恒定的常数。     

视超光速运动的最大喷射角方程

在视超光速运动的相对超光速模型［１］的基础上，在子源近似等于光速的条件下，进一步推导出喷流方向与视线的夹角的最大值方程，且代入天文观测有关数据计算，所得结果与其它方法所得θ值比较是合理的。     

基于力、能量、动量和作用量框架的物理学基础理论结构统一性探讨

研究表明:如果把作用量视为一个与力、能量和动量平权的物理量，那么经典牛顿力学、量子力学、相对论和狄拉克的相对论电子理论有了统一的数学基础. 由此推测“反物质”本质上是超光速物质的亚光速表象，并预言它们在引力场中是受到引力场的排斥的. 本文进一步讨论基于芬斯勒时空结构中的相对论的物理特征，特别指出爱因斯坦相对论中的“光锥”作为突变临界面的特殊性质，构成了以光速为相互作用传递速度的“作用力”的“吸引”和“排斥”表象间的相互转换.      

经典快子的电磁性质

本文在快子运动学的基础上,讨论了超光速坐标变换中物理规律的协变性,把相对论电动力学从亚光速粒子推广到超光速粒子。     

光脉冲在含色散缺陷-维光子晶体中的传播

应用传输矩阵方法推导了光脉冲在-维光子晶体中的动力演化．若在结构中引入非色散的缺陷时,超光速传播将变成慢光速;若引入含二能级原子色散缺陷时,慢光速又将变成超光速．最后指出,尽管群速度比真空中光速c大,甚至为负,但能量传播速度一定不会超过光速c,光脉冲在光子晶体中的此种现象是布喇格反射波相干叠加的结果．     

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。