到目前为止，您可能已经听说了关于可能发现超光速中微子的广泛报道。在意大利中部格兰萨索地下实验室工作的近 200 名科学家组成的 OPERA（中微子振荡探测装置）合作组织发现了一种他们无法解释的现象。三年多来，科学家们一直在收集从中微子飞行中获得的数据——这些神秘的、几乎无质量的粒子能够以极高的速度穿透一切——它们起源于日内瓦附近的欧洲核子研究组织 (CERN) 的 SPS 加速器，并一路穿过地下到达 731 公里（约 450 英里）外的格兰萨索。实验表明，在格兰萨索测得的 16,000 颗中微子以超光速穿过地壳到达那里。上周五，OPERA 小组的 Dario Autiero 在一个拥挤的 CERN 讲堂上解释了研究人员如何付出巨大努力来消除其测量中的任何误差来源：他们使用一种名为 PolarX 的超高精度 GPS 测量距离，使用铯原子钟将两地的时间精度测量到纳秒级别，并考虑了潮汐、地球自转、昼夜和季节变化等因素。该发现的统计显著性为六西格玛，这意味着实验结果是随机巧合的概率仅为十亿分之一。在演讲结束后整整一个小时，Autiero 博士受到了满屋物理学家的盘问，并且似乎能够解释观众提出的许多潜在错误。但物理学家们仍然非常怀疑。他们希望看到另一个独立实验室的实验证实这些发现，然后再接受如此奇特的结论。毕竟，如果这个结果是真的，那似乎与爱因斯坦狭义相对论的精神相悖。当我将格兰萨索的论文展示给诺贝尔奖得主 Steven Weinberg 时，他告诉我：“这看起来相当令人印象深刻，但我仍然认为这将会消失。”我自从那时以来与几乎所有物理学家交流的感受都与此一致。这些结果似乎令人难以置信。毕竟，没有什么能比光速更快，对吧？爱因斯坦相对论的流行解释将光速描述为一种宇宙“速度限制”，让人联想到一个人开车在高速公路上行驶，加速直到看到后面的闪光灯：极限已被打破。这种类比似乎适用于自然界中的大多数粒子。例如，大型强子对撞机中的质子需要极其强大的超导磁体和相当于一座城市总能耗的电能，才能将它们加速到接近光速。而且众所周知，不可能让它们真正达到光速：要做到这一点需要无限的能量，并且质子的质量将变得无限大。但是“速度限制”模型并不适用于所有粒子。当你打开手电筒时，灯泡产生的粒子（光子）以光速诞生——它们以确切的光速传播：它们不是加速到光速的。当然，光子没有质量，所以它们可以以那个速度传播。中微子也是以它们的速度诞生的，无论那个速度实际是多少。中微子是一种可以穿透一切的粒子，它们可能不像大型强子对撞机中的质子那样从低速开始加速到更高的速度。而且它们也不会减速。事实上，需要一光年的铅才能有效阻挡中微子。它不会减速——它只会与物质相互作用，最终通过弱力而不再作为中微子存在。这里就隐藏着“速度限制”描述的问题。爱因斯坦的狭义相对论并没有说任何东西都不能超光速。它说的是，你不能越过光速屏障：你不能在真空中加速到并超过光速。但是狭义相对论允许粒子以大于光速的速度诞生。在这种情况下，它不能减速并从上方越过光速屏障。如果你以亚光速诞生，你就必须保持亚光速；如果你以超光速诞生，你就必须保持超光速。所以，如果格兰萨索的结果得到其他实验的证实，那么中微子实际上就是快子——一种假想粒子，以前从未被观测到（除了在《星际迷航》中），它们以超光速传播，并且一直保持。狭义相对论允许它们存在，并且它们并不与之矛盾。当然，这将引出一系列其他问题：它们的质量必须是“虚数”（用-1 的平方根来描述），并且它们会打开时间旅行及其对因果律影响的潘多拉魔盒（尽管Sean Carroll 认为超光速中微子不一定能回到过去）。重要的是要重申，大多数物理学家对 OPERA 的结果持怀疑态度，其中许多人严重依赖 1987 年观测到的一颗超新星的数据，当时地球上检测到了中微子。这些物理学家说，如果中微子真的像格兰萨索的数据显示的那样快，那么来自 168,000 光年外的超新星的中微子应该比来自超新星的光子早几年到达地球。然而，来自超新星的中微子比光子早几小时到达，天文学家说这是因为光子在恒星坍塌过程中被延迟了，而中微子则直接穿过了。尽管如此，这些中微子确实比光子早到达——这个结果也可能与超光速假设相符。为什么这个极其精确的实验会发现中微子似乎以超光速传播？是不是有一个恶毒的错误在扭曲数据？物理学界是这样认为的，但只有更多的实验数据才能最终回答这个问题。
阿米尔·D·阿泽尔是波士顿大学科学哲学与历史研究中心的や研究员，也是18本关于数学和物理学书籍以及众多研究文章的作者。他是一名古根海姆学者，经常在媒体上评论科学。更多信息请访问他的网站或在Twitter上关注他：@adaczel
.
