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快子论

来源网络2023-01-04 11:14:50 73

快子论

快子:一种假设的亚原子粒子,其速度不总是超过光速。至今快子的存在还没有得到实验证实。

基本介绍

  • 中文名:快子论
  • 外文名:无
  • 属性:一种假设的亚原子粒子
  • 现状:至今快子存在还没有得到实验证实

性质

据理论上的推测,快子具有奇异的物理性质。它的质量是虚数,它的速度将随能量的耗散而无限增加,当它的能量趋于零时,则速度趋于无穷大。快子一旦产生,就具有大于光速的速度。要使它的速度减小,必须供给它能量。如要减小到光速,则必须供给它无限大的能量才行,因此其速度不可能减小到光速或低于光速。快子的负能问题是一个複杂的问题。由于负能量的出现,将意味着任何一个物理系统,因为可能无限地释放快子而处于不稳定状态,系统将无限地增加自己的能量,从而导致永动机的出现。而且,更为使人惊异的是,即使无限地产生快子对,也不会破坏能量动量守恆定律,同时也不会改变真空中的总能量。另外,根据洛伦兹变换,快子从一个坐标系转换到另一个坐标系的过程中,可能改变时间的顺序,即时间倒流。这样一来,也许就要出现像打油诗“年青女郎名葆蕾,神行有术光难追,快子理论来指点,今日出游昨夜归”所描绘的“奇蹟”。这两个困难问题虽然可以藉助二次说明原理(即应该将一个具有负能量的粒子看作是先被吸收,然后再发射,这样一来,负能量与时间倒流和正能量与时间顺流的物理意义完全一样,因而变换坐标系后物理定律依然不变)来解释,但它并没有解决不变的因果律的问题。另外,快子有可能以无限大的速度传播,因而假若存在着快子,就可能瞬时传递作用信息,似乎又可能回到“超距作用”论的概念上去。不过,近10多年来,虽说在理论方面和实验方面都作了不少的工作,但至今尚未取得重大突破。要使快子理论与现代物理学理论协调起来,还需要克服相当多的困难。不过,这却有可能迫使人们跳出理论框架,克服早已习惯了的观念,从而产生巨大而深远的影响。

经典快子的若干电磁性质

1.四维波数与亚光速变换一样,仍用相位不变性来定义四维波数:因此四维波数在超光速坐标变换下是虚鹰矢。
2.电荷与电荷密度我们认定物体总荷电量与坐标系无关。由于运动方向的尺度发生变化,(超光速下不是尺缩而是尺胀),电荷密度p与荷电体的三维速度有关,因而也与坐标系有关。考虑到超光速粒子(快子)的电荷与电磁场与亚光速粒子的电荷及电磁场性质应该相同,因此不论‘快子’与‘慢子’,电荷密度p的表达式应该同一。
3.电流密度对于任意惯性系,定义四维电流密度考虑J的变换性质。基于与讨论P时的同样理由,我们认定J,经超光速变换后其前三个分量即实际三维电流密度保持实值,第四分量保持纯虚位,这与亚光速变换相同。

快子论的理论发展

本世纪20年代量子力学建立以后,狭义和广义相对论与量子理论相结合,一直是理论物理学发展的坚实基础。半个世纪以来,这种结合不断发展和深化,也不断接受科学实验的检验。一方面,实验事实充分证明相对论和量子力学在其有效範围内是可靠的理论;另一方面,实验研究和理论进展表明,它们也遇到了一些难以解决的反常问题,其中一些问题是带有根本性的和革命性的,似乎难以容纳在相对论和量子力学的框架内。因此,在相对论和量子力学还处于兴盛时期的今天,汲取这些理论的真理性的内容,克服它们所面临的疑难,进一步探索自然界的奥秘,就已经提到当代物理学家的议事日程上来了。在这里,我们拟就当代物理学的现状和革命趋势,简要地作一点不甚全面的述评。
狭义相对论诞生以后,人们就一直设法做实验来验证它。1958年,有人改进了迈克耳孙-莫雷实验,得到了“以太风”小于地球轨道速度的1/1000的结论。后来利用穆斯堡尔效应,测得“以太风”的速度为1.6±2.8米/秒,远远小于期望值(30公里/秒)。这既是对狭义相对论的验证,也证明根本不存在19世纪的作为电磁场载体的以太。尤其明显的是,从宇宙线的探测到高能加速器以及对撞机的套用,几乎高能物理实验的各个方面都要涉及狭义相对论效应,可是随着加速能量的不断提高,已经确认在小到约为一个质子半径百分之一的距离内,没有观测到狭义相对论的破坏。有人进行了静止光子质量的实验及光速测定的实验,还有人进行了大量有关运动介质的电动力学实验和直接检验尺缩钟慢的相对论效应实验,甚至有人用高速喷气飞机上的原子钟验证运动时钟变慢的效应。所有这些实验都表明,无论在微观尺度还是在巨观尺度,还没有发现狭义相对论有破坏的迹象。
但是,这一切并不意味着狭义相对论就毋庸置疑了,就没有进一步探讨的必要了。情况完全不是这样。儘管狭义相对论的具体结论得到了实验验证,但是只要它的两个逻辑前提——相对性原理和光速不变原理——未有确凿的实验证据,它们就仍然带有假设成分和“先验”性质。爱因斯坦在提出这两条原理时也是意识到这一点的。例如,他在1922年就光速不变原理写道:“相对论常遭指责,说它未加论证就把光的传播放在中心理论的地位,以光的传播定律作为时间概念的基础。然而情形大致如下:为了赋予时间概念以物理意义,需要某种能建立不同地点之间的关係的过程。为这样的时间定义,究竟选择哪一种过程是无关重要的。可是为了理论只选用那种已有某些肯定解的过程是有好处的。由于麦克斯韦与洛伦兹的研究之赐,和任何其他考虑的过程相比,我们对于光在真空中的传播是了解得更清楚的。”
事隔60余年,这种状况并没有得到改变。在爱因斯坦提出光速不变原理时,已有的实验只是说明在闭合迴路中平均光速的不变性,而不是光速不变原理本身。能不能找到更为基本的对钟手段,或者通过其他途径,来检验光速不变所包含的假定,是有待于科学实验进一步发展来解答的基本问题。因为光速不变原理是现代物理学的柱石之一,解决这个问题难度较大,影响深远,结果到底如何,人们将拭目以待。
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