【精品】快子理论与超光速实验

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1、快子理论与超光速实验高松山(河北钢铁集团邯钢分公司)【摘要】快子是理论上预言的速度超过光速的粒子，木文试图根据快子理论来解释20世纪90年代以来各国物理学家所做的光子、光脉冲及微波脉冲的超光速实验。在理论上的合理地解决了光子、快子的关系并与现有体系不矛盾，认为当快子的速度为时，快子的运动可还原为光子的运动，而光子获得能量后将转变为快子。完满解釋了量子隧道效应的超光速实验，并给出了可被实验检验的穿越速度关系式，根据现有的实验数据带入的结果充分说明了穿越速度关系式的合理性，已基本验证了光频段、微波频段的穿越速度关系式。【关键词】光子快子超光速实验量子隧道效应一快子问题的由来快子概念

2、是由美国物理家比兰纽克、苏达山和范伯格于20世纪60年代共同提岀的，由相对论方程E=—(u/c)2,快子的运动速度u>C,这意味若能量E为虚数，我们又如何处理静止质量加o呢，也将它取为虚数吗？那么E2~P2c2=m^4<0»能量E为负实数，或者取p2c2-E2=ju2c式中质量“为实数。这是在类空区域中的双曲线，快子的能量和动量必须满足这一关系，林丰利博士在“弦理论中的快子凝聚”一文中这样描述到,所谓快子就是在理论的粒子能谱中有虚质量的粒子，在早期的发现中，以为这样的粒子跑的比光束快，所以命名为快子，不过这是一个错误的理解，快子其实是个不稳定的粒子，一般的向由标量粒子的运动方

3、程是所谓的Klein-Gordon方程，如果粒子的质量是正实数，那么运动方程的解是正弦波；如果质量是纯虚数则解是指数形式会随着时间衰减或发散，如果快子和理论中的其它有质量的粒子耦合，那么这些粒子会衰变成快子，因为快子的质量最低（实部为零）所以严格来说，一个理论如果包含快子，那么这个理论在物理上并不是一个基本理论，因为不存在一个稳定的基态，有所谓的真空不稳定性［1］。另外快子的负能量问题的出现，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，系统将无限地增加口己的能量，从而导致永动机的出现。还有根据洛仑兹时空变换，如果u>C,则总存在这样的一些惯性系，使（山-什

4、）和（4-匚）的符号相反，这就意味着将出现时问倒流，因果颠倒的情形，这两个困难虽然可以借助二次说明原理来解释，但并没有解决不变的因果律问题。快子还令可能以无限人的速度传播这似乎乂回到“超距作川”论的概念上去。综上所述，虽然快子在理论上是允许的，但山于它存在诸多的问题，以及在实验上也找不到证据，所以玄到今天仍没有被正统物理学家所接受。二克莱因-高登方程与快子理论■我们知道波函数屮d=肖oexp（—f）（£7-pr）,nh其中£是粒子的总能量E=hv,粒子的动量p=~fA将波函数对时间/求偏导有：——El//,也就是彷一——Ei//,即E—>ih—dtTidtdt将波函数对厂求偏导

5、有：学~=匚P屮,也就是-讯学-=卩屮，取拉普拉斯算符有■:-itiVi//=pi//orndr即〃T-iTN由相对论的能量动量关系式E~=mjc4+be?得到：（彷£）2=（-^V）2c2+m^c4力2(/?2—-/i2c2V2+m^c4妙=0dr丄其4+字）“oc亦tr取达朗贝尔算符口2=^^t-V2Ldtr于是克莱因-高登方程为：（□2+//02）1/=0,其中“0=吸。h我们不难发现，对于光子而言加0=0,也就是按照相对论^E2=p2c2,[r2那么克莱因-高登方程将变为：v>=——这正是麦克斯韦方程。c-dt-通常情况下，人们按照克莱因一高登方程来分析快子的，这是凶为

6、该方程含有粒子的静止质量加0项，在加（）収虚数值时阮C4为负值即加:c°=-//2C4o由相对论的能量、动量关系式£2=m^c4+p2c2f当为负值时，该式将变为E2=一+p~c2这就是快子的能量、动量关系式,此式也对写做E=yl~ju2c4+p2c2o于是快子波的群速度为：°色二些二2”==圧二-”dkdp2』—於cjp「2E也即是快子波的群速対应快子的速度。也就是//2c4-p2c2=0,令于是E^-p2c2=0将ET滴f及pT-z/zV代入到方程E：-P2C2=0中很容易得到7切=丄匚丫dt^ldr此方程也止是麦克斯韦方程，所以为光子的能量。其中〃为快子的动量，在U=8

7、时，快子的动量值将变为一个定值即p=pc,这说明在快产的速度^=00吋，快子将转变为能量为/化2的光子，且光子的运动速度对应快子的无穷大运动速度，从而解决了原快子理论的不合理部分。C0如上图，EE。快子的F能量为E—°crhpc曲线可知，光子获得能量