现在你可能已经听说了关于可能发现超光速中微子的广泛报道。近 200 名科学家组成的 OPERA（中微子振荡探测器）合作项目在意大利中部的大萨索地下实验室进行实验，发现了一种令物理学家无法解释的现象。三年来，科学家们一直在收集数据，研究从欧洲核子研究中心（CERN）附近的 SPS 加速器出发，经过地下长达 731 公里（约 450 英里）到达大萨索的这些神秘的、几乎无质量的粒子——中微子——的飞行情况。实验表明，在大萨索探测到的 16,000 个中微子，在穿过地壳时，其速度比光速还快。
上周五，OPERA 小组的 Dario Autiero 在欧洲核子研究中心的一个拥挤的讲堂中解释了研究人员如何花费大量精力来消除测量中的任何误差来源：他们使用名为 PolarX 的高精度 GPS 测量距离，使用铯钟将两个地点的时钟精度控制在纳秒级别，并考虑了潮汐、地球自转、昼夜以及春秋季节的变化等因素。该发现的统计学显著性达到了六西格玛（six-sigma），这意味着实验结果是随机巧合的概率仅为十亿分之一。在演讲结束后的一整小时里，Autiero 博士接受了在场物理学家的“质询”，似乎能够解释听众提出的所有许多潜在的误差。
但物理学家们仍然非常怀疑。他们希望在接受如此奇特的结果之前，看到另一个独立实验室的实验验证。毕竟，如果这个结果是真的，它似乎与爱因斯坦狭义相对论的精神相悖。当我把大萨索的论文给诺贝尔奖得主 Steven Weinberg 看时，他告诉我：“这看起来相当令人印象深刻，但我仍然认为这会不了了之。”自那以后，我所交谈过的几乎所有物理学家都表达了同样的看法。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？
流行的爱因斯坦相对论描述将光速比作一种宇宙“速度限制”，让人联想到一个人在高速公路上开车，加速直到看到后面的警灯闪烁：限速被打破了。这个类比似乎适用于自然界中的大多数粒子。例如，大型强子对撞机的质子需要极其强大的超导磁体和相当于整个城市消耗的电力才能加速到接近光速。而大家都知道，它们不可能真正达到光速：要做到这一点需要无限的能量，质子的质量也因此会变得无限大。
但“速度限制”模型并非对所有粒子都适用。当你打开手电筒时，灯泡产生的光子以光速诞生——它们以精确的光速传播：它们不是加速到光速的。当然，光子没有质量，所以它们可以以光速传播。中微子也是以它们的速度诞生的，无论那速度实际是多少。中微子是能穿透一切的粒子，它们很可能不像大型强子对撞机的质子那样，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，要有效阻挡一个中微子，需要一光年的铅。它不会减速——它最终只会通过弱相互作用与物质发生碰撞，然后不再作为中微子存在。
“速度限制”描述的症结就在这里。爱因斯坦的狭义相对论并没有说任何东西都不能比光速更快。它说的是你不能跨越光速屏障：你不能加速到真空中的光速并超越它。但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，它就不能减速到从上方跨越光速屏障。如果你天生是亚光速的，你就必须保持亚光速；如果你天生是超光速的，你就必须保持超光速。
所以，如果大萨索的实验结果得到其他实验的证实，那么中微子实际上就是“快子”（tachyons）——一种假设的粒子，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保持在那里。狭义相对论允许它们存在，并且它们与狭义相对论并不矛盾。当然，这会引出许多其他问题：它们的质量将是“虚数”（用-1的平方根表示），并且它们将打开时间旅行的可能性及其对因果关系影响的潘多拉魔盒（尽管Sean Carroll 认为超光速中微子不一定能够回到过去）。
需要重申的是，大多数物理学家对 OPERA 的结果持怀疑态度，许多人 fortemente 依赖于 1987 年观测到的一次超新星的数据，当时地球上探测到了中微子。这些物理学家说，如果中微子真的像大萨索的数据那样快，那么来自 168,000 光年外的超新星的中微子应该比超新星的光子早几年到达地球。然而，来自超新星的中微子在光子到达之前仅几个小时就抵达了，天文学家说这是因为光子在恒星坍缩过程中被延迟了，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的假设相符。
为什么这个非常精确的实验会发现似乎以超光速传播的中微子？是否存在一个巧妙的错误扭曲了数据？物理学界认为是这样，但只有更多的实验数据才能最终确定答案。
Amir D. Aczel 是波士顿大学哲学与科学史中心的研究员，也是 18 本关于数学和物理学的书籍以及众多研究文章的作者。他获得了古根海姆奖学金，并经常在媒体上评论科学。请访问他的网站了解更多信息，或在 Twitter 上关注他：@adaczel
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