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中微子真是跑過光速的黑馬？ 物質(zhì)超過光速意味著什么？鑒于現(xiàn)有物理定律的約束，一旦物質(zhì)超過光速的現(xiàn)象得到證實(shí)，那么，狹義相對論乃至現(xiàn)代物理學(xué)體系都將面臨修正及擴(kuò)充，亦由此改變?nèi)祟悓τ钪娴恼J(rèn)知。這就是何以一條“中微子超光速”的消息，會迅速引起科學(xué)界和社會公眾廣泛關(guān)注的原因。 為探討這一重大科學(xué)事件的影響和后續(xù)發(fā)展，10月14日上午，科技日報(bào)邀請國內(nèi)權(quán)威物理學(xué)家舉行了一場以“中微子超光速”為主題的座談研討會（研討會專家發(fā)言摘要見今日二版）。來自中科院、北京大學(xué)、清華大學(xué)等單位的6名專家蒞臨現(xiàn)場，就主題進(jìn)行解疑釋惑，并與報(bào)社編輯記者展開互動。 需審慎對待“中微子超光速” 發(fā)布“中微子超光速”消息的機(jī)構(gòu)是歐洲核子物理研究中心（CERN）與大型中微子震蕩實(shí)驗(yàn)（OPERA）項(xiàng)目組。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，位于日內(nèi)瓦邊境的CERN發(fā)射出的中微子束，“翻山越嶺”來到730公里外的意大利，而它們的行進(jìn)速度竟比光快了60納秒。 消息公布后，國內(nèi)外物理學(xué)界對該結(jié)果頗多爭議——這兩大實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)自有其權(quán)威嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目诒?，但他們的?shí)驗(yàn)過程與手法亦存在普遍受質(zhì)疑之處。 對于普遍最“糾結(jié)”的超光速的可能性問題，清華大學(xué)高能物理研究中心和工程物理系教授何紅建在發(fā)言中指出：“如果超光速是真的，標(biāo)準(zhǔn)模型的另一個基本對稱性——時空對稱性（洛倫茲對稱性）就會被破壞。那么洛倫茲對稱性破壞預(yù)期的能量尺度究竟在哪里？標(biāo)準(zhǔn)模型自身也無法提供這樣一個尺度?！边@樣一來，洛倫茲破壞效應(yīng)就只能受到普朗克尺度的壓低。而對于OPERA實(shí)驗(yàn)來說，壓低因子就小到10-18量級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于OPERA實(shí)驗(yàn)聲稱的10-5量級的超光速效應(yīng)?！半m然我們不敢說10-5量級的洛倫茲破壞效應(yīng)絕對不會發(fā)生，但可以肯定，其發(fā)生的可能性非常小。因此，如果OPERA結(jié)果沒有得到其他實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立驗(yàn)證，理論家們絕對不會感到任何意外。” 中科院高能物理所研究員張新民的觀點(diǎn)則是，中微子超光速的結(jié)果讓物理學(xué)界許多人都持懷疑的態(tài)度。但需注意的是，OPERA實(shí)驗(yàn)組的人員也是優(yōu)秀的中微子專家，對于流傳的各種漏洞、誤差，很可能已都在他們的計(jì)算范圍之內(nèi)。除非這其中有些現(xiàn)階段還有未被人知的誤差情況存在?！耙蚨侥壳盀橹梗€只能說實(shí)驗(yàn)結(jié)果遭受質(zhì)疑，卻不能定論說完全錯了，這需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)?！?/P> 對于種種學(xué)術(shù)研究上的疑惑，中科院理論物理所吳岳良院士在發(fā)言中總結(jié)說，探求超光速事件的可能性，需有突破性的新想法。“雖然，由目前的相互作用和基本粒子而建立的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型無法解釋中微子的超光速現(xiàn)象，但有沒有新的相互作用和新的物態(tài)？特別是與中微子之間的特殊相互作用，而不是與其他物質(zhì)？”況且，從某種意義上來講，“我們所有的研究一直是在挑戰(zhàn)能不能超越愛因斯坦、超越現(xiàn)有理論。就好比今年的諾貝爾獎頒給了宇宙加速膨脹的發(fā)現(xiàn)，這表明宇宙中存在一種新的物態(tài)——所謂的暗能量，它的存在本質(zhì)上也表明了要超越愛因斯坦”。因此，必須引入突破性的新想法，才有超越狹義相對論的可能。 沖擊相對論言之過早 如果說有一種理論“一直被挑戰(zhàn)，從未被超越”，那必是說相對論了。 “若此次超光速實(shí)驗(yàn)結(jié)果被證實(shí)，將對現(xiàn)代物理學(xué)的一塊基石——愛因斯坦狹義相對論帶來極大沖擊。因?yàn)楠M義相對論認(rèn)為，沒有任何物質(zhì)能跑過光速。一石激起千層浪，該說法旋即在科學(xué)界以及普通民眾中引起極其強(qiáng)烈的反響?！敝锌圃豪碚撐锢硭芯繂T李淼介紹稱。 何紅建表達(dá)了他的懷疑。他指出，只存在弱相互作用的中微子，恰好是包括電子在內(nèi)的所有高速運(yùn)動的基本粒子中在實(shí)驗(yàn)上最難控制和測量的，因而也最易出錯。他進(jìn)一步描述：“中微子超光速在實(shí)質(zhì)上可以被認(rèn)為是破壞了洛倫茲對稱性，從而違背狹義相對論。”至于人們常說的物理學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)模型”，自上世紀(jì)50年代以來為奠定標(biāo)準(zhǔn)模型所頒發(fā)的諾貝爾物理獎已達(dá)17次，而洛倫茲對稱性就是這個理論包含的重要內(nèi)容。 目前，對于標(biāo)準(zhǔn)模型中狹義相對論的洛倫茲時空對稱性的檢驗(yàn)已經(jīng)非常廣泛而精確了，無數(shù)實(shí)驗(yàn)基于相對論框架做了大量測量，結(jié)果仍然與狹義相對論完全符合。從理論上講，如果超光速是真的，不光狹義相對論，就連廣義相對論也將面臨相應(yīng)的修改。要對整個現(xiàn)代理論物理體系進(jìn)行如此龐大的修正是非常困難的，而罔論要讓這些更改符合之前所有支持相對論的無數(shù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)。 “歷史經(jīng)驗(yàn)表明，一般在理論上完全沒有把握的時候，物理學(xué)家只能依靠實(shí)驗(yàn)；但在實(shí)驗(yàn)很容易出錯而理論又是如此嚴(yán)密可信的地方，應(yīng)該正是值得實(shí)驗(yàn)家們慎思和反省的時候。顯然，現(xiàn)在來談這個實(shí)驗(yàn)對愛因斯坦理論的沖擊，還為時過早。這也正是歐洲OPERA實(shí)驗(yàn)組的態(tài)度?！?/P> 北大物理學(xué)院教授馬伯強(qiáng)與何紅建觀點(diǎn)一致：“科學(xué)研究不可能保證每個人的看法一致，之后的很長一段時間內(nèi)可能會涌現(xiàn)出大量不同的理論，或者不同的模型和理解。在反復(fù)討論后，才能最終形成物理學(xué)層面上的共識。因此，其是否能撼動狹義相對論，需待進(jìn)一步研究結(jié)果或數(shù)據(jù)的發(fā)布。” 真正的科學(xué)允許犯錯 在探討中，專家們認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)比較受質(zhì)疑之處，包括兩地時鐘校對所采用的GPS系統(tǒng)（即天上衛(wèi)星的銫原子鐘）、當(dāng)年觀測到超新星SN1987A的中微子在時間上的反例，以及考慮到高能宇宙線粒子會產(chǎn)生π、K介子，而這些介子又會衰變成中微子給實(shí)驗(yàn)帶來的數(shù)據(jù)誤差；還有一點(diǎn)，則是超光速中微子的衰變也意味著它們到達(dá)探測器的能量和角度分布，以及時間結(jié)構(gòu)都會發(fā)生改變，可能遠(yuǎn)不像OPERA聲稱的那樣簡單的測量。 吳岳良指出，CERN與OPERA的人員自己也表示不排除用系統(tǒng)誤差進(jìn)行解釋?！岸乙v的和強(qiáng)調(diào)的是，我們所有實(shí)驗(yàn)和理論研究都是朝著發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和提出新理論，超越愛因斯坦和前人研究成果這個目標(biāo)而努力的，愛因斯坦本身就超越了牛頓。我們知道，所有實(shí)驗(yàn)都是在一定條件下做的，當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境等改變以后，物理現(xiàn)象也可能就會隨之發(fā)生變化，這是科學(xué)家們在研究時的重要出發(fā)點(diǎn)和探索目標(biāo)?！?/P> 馬伯強(qiáng)最后一語道出，科研就是為了探索并超出前人，要想澄清事件是荒謬還是正確的，就應(yīng)對探索中的錯誤保有寬容度?！拔锢韺W(xué)家的一個目標(biāo)就是要發(fā)現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理，勇于挑戰(zhàn)過去的物理規(guī)律。從傳統(tǒng)來講，一個實(shí)驗(yàn)最終被大家接受不能是一家之言，而需要不同組在不同地方多次重復(fù)驗(yàn)證。但即便如此仍有犯錯的可能，這在科學(xué)史上也很正常。所以如把這件事情當(dāng)成探索過程來理解的話，就會覺得非常自然，也會發(fā)現(xiàn)一些新的東西。”也就是說，“給人們時間來證明到底孰對孰錯”。 顛覆學(xué)術(shù)傳統(tǒng)未必就是大不韙 CERN與OPERA這次公布實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方式有悖于通常的學(xué)術(shù)習(xí)慣，即未經(jīng)最終檢驗(yàn)，先將文章預(yù)印本放在網(wǎng)站上公之于眾。而依慣例，文章要向雜志社正式投稿，通過出版做正式的“注冊”。這是科學(xué)研究的“法律程序”。 據(jù)稱，這是歐洲實(shí)驗(yàn)組內(nèi)部投票作出的決定。他們主要希望國際同行們能夠幫助他們找錯，促進(jìn)更多實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行獨(dú)立檢驗(yàn)。同時，也搶占了公布或注冊這一發(fā)現(xiàn)的先機(jī)。 中科院高能物理研究所研究員陳國明認(rèn)為：“意大利的實(shí)驗(yàn)室公布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，沒有提到本底中微子通量和發(fā)出的中微子數(shù)量的比例，也沒有兩者相關(guān)性的介紹。將這種還未達(dá)到正式發(fā)表標(biāo)準(zhǔn)的論文公布出來的做法是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，其?shí)驗(yàn)結(jié)果也是值得懷疑的。” 而馬伯強(qiáng)的意見是，盡管有悖傳統(tǒng)，但鑒于該實(shí)驗(yàn)對物理學(xué)的發(fā)展也有積極意義，其將推動一大批物理學(xué)家對于基礎(chǔ)理論進(jìn)行思考，并吸引更多年輕人加入到探索之中。 張新民亦從廣大民眾的關(guān)注程度上作了分析。他指出，這一段時間媒體對“中微子超光速”非常關(guān)心，影響很大。而近期在CERN舉辦的一個國際高能物理會議中，也有報(bào)告援引“中微子超光速”的例子，來講述高能物理、粒子物理研究的對外宣傳?！斑@個發(fā)現(xiàn)出來以后，科學(xué)界、媒體和社會都感到非常新奇，特別是激發(fā)了年輕人對物理學(xué)的關(guān)注?！比藗儜?yīng)注意到，“有些新的發(fā)現(xiàn)不是事先規(guī)劃出來的，這一點(diǎn)對于科研管理工作來說非常重要。另外，希望我們國家在制定科學(xué)規(guī)劃的時候，應(yīng)該鼓勵一些看似‘冒失’‘冒險(xiǎn)’的項(xiàng)目，在科學(xué)前沿探索領(lǐng)域應(yīng)不怕失敗，以有更多創(chuàng)新性的發(fā)現(xiàn)?！?/P>
(科技日報(bào))上一篇 : 我科學(xué)家成功繪制人類肝臟蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)連鎖圖
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