科学界热议“中微子跑过光” 很难加以证明

伤我心太深

一批300GeV的中微子束从位于日内瓦边境出发，翻山越岭来到730公里外的意大利格兰萨索国家实验室，惊掉了迎接它们的欧洲科学家的下巴：中微子比光早60纳秒到达。算上该实验误差为正负10纳秒，这些中微子还是跑得比光还要快。

欧洲核子研究中心（CERN）与大型中微子震荡实验项目的人员，选择了将结果公之于众，以请全球科学家来验证其正确性。

似乎是头一遭，在一条描述科学原理性新闻之下，“求科普”“求真相”者不断涌现。美国物理学家们在科学博客或个人网页上，与访客进行着大段的学术性探讨；Twitter更新的内容几乎也都与此相关；对于发表在arXiv网站上好似满眼鬼画符的原论文，专家学者也乐于就自己的丰富经验给出解释和看法。一时之间，竟有全民科普的大好态势。

暂抛开像“我怎么看不见中微子”或是“自旋能量越大的粒子时间弯曲越小”这样站到了两种尖端上的讨论，人们普遍最想谈的是，中微子跑过了光，对物理学的影响是怎样？对时间旅行又是怎样？以及，该实验如何得证？

超光速=颠覆现有物理？

《时间简史》中，霍金拿人类发射的飞船做例：一个飞船速度越接近于光速，那么对它加速的火箭功率也就必须越来越大。尽管，层级更高的数据火箭无法给出，但在实验室里——美国费米国家实验室或是欧核中心的粒子加速器，早已将粒子加速到光速的99.99%。不过这之后，不管再注入多少功率，也无法超过光速了。

这就是物理实验中光速的壁垒。

这一理论信条诞生于被称为物理界奇迹之年的1905年，爱因斯坦的狭义相对论建立，其要求：我们宇宙中所存在的一切物体，都无法以超过真空中的光速的相对速度运动。

大量实验让这一原理屡战屡胜。而人们如此紧张这次“中微子跑过光速”验证结果的原因，其中一点就是：难道现代物理学的一块理论的基石就这样被推翻了吗？

理论物理学家阿兰·科斯特利基认为，即便该结果最终被证实，也不意味着爱因斯坦的理论已失效，“它仍然起作用，只是有些时候需要其他解释而已。”

因为，狭义相对论所设的限制，其实只针对物质运动速度，或称之为信号传播速度和作用传递的速度，并没有限制任何速度都不能超光速。亦因此，并不能排除自然界本来就存在超光速粒子的可能性。中微子即是组成自然界的最基本粒子之一。

超光速=时间旅行？

该实验惹人眼球的另一点原因同样强大：相对论意味着，如果你能运动的比光快，你就能突破时间的流向。

其实，时间本不存在方向性，我们感觉它“向前流逝”，是因为身处的宇宙是在不断演化的。

而相对论就速度与时空关系，提供了一种可能的情况：某物体的运动速度越接近光速，其自身的时间进程也就越慢。如果你做光速运动或者身处强引力场之中，应会感到时间流逝得比其他人要慢，此时也可说，你进入了他们的未来。

不过，狭义相对论以一条静质量和能量的关系式也说明，为了把物体加速到光速就需要无穷大的能量。如果粒子静质量不是零，粒子就不可能达到光速，当然更别提超过光速。

更通俗的反映出了爱因斯坦狭义相对论与时间旅行的矛盾关系的，还有一首四行诗：“一个女孩叫怀特，她的速度光难追。相对论啊是捷径，今日出门昨夜归。”该打油诗1923年刊登在英国百年讽刺杂志《笨拙》。

但就像理论物理学家加来道雄在其《超越时空：通过平行宇宙、时间卷曲和第十维度的科学之旅》一书中指出：大多数没有认真研究过爱因斯坦方程的科学家视时间旅行如天方夜谭，实际上事情相当复杂。

复杂之处，在于很多科学家已放弃狭义相对论的简单描述，围绕广义相对论对此展开研究，因为“前者禁止时间旅行，但后者或许会允许”。而到了广义相对论失效之处，量子理论就该出场，以超越相对论之势在此发挥主导作用了。
制约与验证

以上种种震撼的事实或想象，需要此次“中微子跑过了光”实验被证实的基础上。

英国萨里大学物理学教授吉姆·克哈里利表示：“说大话要拿出证据。如果CERN的实验结果被证明是正确的，中微子的速度确超过光速，我就把自己的拳击内裤吃掉并且在电视上现场直播。”

尽管这位比较极端，但像“疯狂”“不可置信”等语也是层出不穷。而鉴于该结论的意义，欧核中心与OPERA实验项目人员经过反复核查（观测到该现象1.6万次），以确保这不是人为因素酿成的笑话。最后他们严谨地选择了公之于众，请全球科学家来验证其正确性。其在arXiv网站的论文随后引发了多方考证。目前，集合中外科学界人士发表的论证，其实验过程普遍受到质疑之处，包括两地时钟校准所采用的GPS系统——即天上卫星的铯原子钟，尽管铯钟精度达10的-13次方秒左右，量级精于纳秒，但GPS定位仪精确到米而非微米，这就是不得不考虑的整个系统的误差；另一点，很多天体物理学家指出，如果中微子真的超过光速，早在1984年就会观测到超新星1987A的中微子（或者它就该叫超新星1984A了）。尽管，中微子在能量之间有很大的不同，差距有可能要高100倍以上，但在原论文中，作者亦谈到了超新星1987A的约束条件。

这就是目前人们能看到的该实验已产生的制约。而要真的加以证明，却并非易事。

据称，那位惯于语出惊人、时不时放话称“时间旅行是可能的”“人类应移民外星”的大科学家霍金，在此事件上的态度则是：目前对中微子下断言未免过早，更多验证工作仍需努力。

这看似有点摸棱两可，但实际上，却是已知的唯一可以论证超光速中微子的方法。即是说，最重要的就是重复的进行实验。不过，现有能力对此实验进行检验的科学机构，在世界范围也是屈指可数，一段时间内人们许是盼不到答案了。又或者经年日久，该实验尽管并未被证实，但却也一直无法被证伪，那么谁来从科学和哲学角度分析一下情况？