Science 版 (精华区)

发信人: oldsailor (老水手), 信区: Science
标  题: 不要误解王利军“超光速”实验的意义
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年04月20日14:32:36 星期五), 站内信件

最近王利军超光速的实验被炒得沸沸洋洋，网上看到
有些人借王利军的实验来攻击相对论，因此我想把这
个问题澄清一下。
http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v406/n6793/f
ull/406277a0_fs.html
王利军在文章的末尾很不起眼的地方加了一句话，
“It has also been suggested[4, 16] that
the true speed at which information is
carried by a light pulse should be defined
as the "frontal" velocity of a step-function-shaped
signal which has been shown not to exceed c (ref. 4).”
实际上这句话对于正确理解什么是“超光速”才是
至关重要的，其实，按照正确的“信号传播速度”
的定义，王利军的实验根本没有实现信号的超光速
传播，他所实现的只是“群速”的超光速，而“群
速”的超光速并不意味着“信号”的超光速。这些
东西并不需要非常高深的物理学知识，而只需要知
道一些拉氏变换的基本知识。
在王利军上面一段话中文献4是信号在色散媒质中
传播的研究的经典文献之一：
Brillouin, L. Wave Propagation and Group
Velocity (Academic, New York, 1960).
还有一篇是Sommerfeld的，但是他没列。
我们知道，任何实际的信号都是有起始时间的，
即在某个时间之前信号严格为0。(这里信号通常
是平面电磁波，不过这些细节并没什么好谈的)。
给一个信号f(t), 当t<0时，f(t)=0,那么f(t)
的起始时间就是0。
考虑这个信号在相对介电常数为eps(s)的媒质
中传播距离z之后的信号g(t)。
g(t)的拉氏变换是F(s)*exp(-s*z/c*sqrt(eps(s)))]
F(s)是f(t)的拉氏变换，eps(s)是拉氏变换形
式的相对介电常数(通常写成Fourier变换形式的，
但没有本质区别)
Sommerfeld和Brillion证明了传播后的信号g(t)
必然也是有起始时间的，而且当t他们把信号最早
开始变成非零的时刻称为波头(wave front)到达
的时刻，波头的速度就是王文中所说的
“frontal velocity”。Sommerfeld和Brillioun
的结果就是：波头速度只能小于或等于真空中的
光速。
这个定理的证明很简单，只用了围道积分和一个
假设，那就是媒质的相对介电常数eps(s)是因果
性的，即如果把媒质看成一个以E(t)为输入以D(t)
为输出的线性系统，这个系统不可能没有输入就有
输出。
王利军说：“In fact, the very existence of
the lossless anomalous dispersion region
given in equation (1) is a result of the
Kramers朘ronig relation which itself is
based on the causality requirements of
electromagnetic responses3, 5. ”，这里
Kramers-Kronig relation 是因果性线性系统
所必须满足的系统相应函数的实部与虚部之间
的关系式。他的意思是，他所用的媒质是因果
性媒质，因此很显然，按照Brillioun和Sommerfeld
的结果，波头的传播速度必然是小于光速的。
只有波头的传播速度才可以算作是信号的传播
速度，你不能拿包络的峰值所在的位置来计算
信号的传播速度，因为在包络峰值所在的位置
通过起点之前，信号可能早已开始传播了，拿
包络峰值的位置作比较，只能得到群速度，它
是有可能超光速，甚至有可能是负的，但波头
的速度始终是不超过光速的。
王利军显然很清楚这一点，所以他说：“Finally,
we note that the observed superluminal light
pulse propagation is not at odds with causality
or special relativity. ”。但是他的这句话好象
被人忽视了。
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 这些撒谎的记者真让人恶心，王利军明明说自己的实验结果并不与相对论
矛盾，而且承认不能超光速地传递信息。这些记者们在胡说八道地同时，
也损害了研究者的声誉。（neo6）
新闻就是要尽量做到“耸人听闻”，才能吸引读者听众观众。毕竟，报刊
杂志或电视广播是要赚钱的，不是专业的科学传播渠道。严肃一些的新闻
单位，会有比较专业的记者编辑，这方面会做得好一点，即使“炒作”也
不会出格，往往是在用词和裁剪上下功夫，至多夸大其词，还不至于经常
失真。而一般的小报，你还指望他们能多专业呢？象新浪和多维这样的
网站，本来就不是正规新闻单位，记者很多都是业余的，出的新闻大多不
过是剪贴翻译一下，就更不用勉强了，姑妄听之罢了。（城头）
超光速得到证实爱因斯坦被指“欺世盗名”
2000/07/25 新浪网 新快报
新闻背景
今年5月底，《纽约时报》抢先报道了一条令科学界为之震惊的消息： 华裔科学家王利

军和他的同事成功地打破光速极限，在实验室把光的速度 提高了300倍。如果这一发现
得到
确认，它意味着爱因斯坦的“相对论”将被彻底推翻。但6月8日，王利军又专门出面澄
清，
所谓“比光速快300倍”的研究，其实只是传媒在没向他证实就发表了的错误理解。
然而，最新一期的《自然》杂志上刊载了王利军等三位科学家最新的
研究成果，首次证明了世界上有比光速还快的东西。这项研究由普林斯顿
大学的物理学家王利军、亚历山大·库兹米奇及阿瑟·道格鲁共同进行，
并发表在最新一期的科学期刊《自然》上。
研究人员发射出1个激光光波，并让它穿过铯气室，结果发现，当这个
激光光波的尾巴还没完全进入铯气室前，波的前段就已经从另一端钻出来。研究人员表
示，
激光光波在铯气室前进的距离是同一时间在真空中所能穿越距离的310倍，研究人员推测
，
可能是铯原子改变了光的性质，所以这个激光光波才比真空中的光速快。研究人员表示
，至
少在这种实验室环境下，光速是可以再往前推进的。王利军表示：“我们的研究显示，
没有
什么东西能比光速快的观念是错误的。”
这项研究成果目前并没有任何实际上的应用，但却让光学物理学界大为振奋，加州柏克

莱分校的物理学家雷蒙·赵表示，这是一项科学大突破，以前大家都认为比光速快是不
可能
的，不过事实证明了没有什么是不可能的，要试了才知道。
在约1个世纪前，爱因斯坦提出真空中前进的光速是全宇宙最快的速度。普林斯顿大学
的研究成果在未来可应用于研制超速电脑上。
挑战相对论由来已久
事实上，除王利军等主流科学家正在挑战爱因斯坦外，一些“地下科
学家”也在联手攻击“相对论神庙”。依照这些科学家的说法，相对论不仅是错误的，
而且
是对常识的侮辱，而相对论的提出者阿尔伯特·爱因斯坦则有欺世盗名之嫌。
一个名叫“现代物理学如何骗人”的网站贴出了大量反对从相对论到德国物理学家海森

堡的“不确定原理”的文章。另一个网站上发表了自称为偶像破坏者的斯蒂凡·马里诺
夫的
文章，由于权威的《自然》杂志拒绝刊登他反对相对论的证据，这位奥地利的物理学家
气愤
之极，威胁要到英国驻奥地利大使馆门前自杀。
意大利物理学家鲁基罗·桑蒂利最近出版了一本专著《爱因斯坦的美国追随者的种族调

查》，他在书中指出，当年他在哈佛大学时就致力于挑战相对论，但诺贝尔奖得主谢尔
顿·
格拉肖、斯蒂文·维恩伯格和另一位物理学家西德尼·科尔曼曾阴谋联手阻止他的研究
。
事实上，反相对论运动自爱因斯坦于1905年就特别相对论发表第一篇论文的那天起就开

始了。后来，爱因斯坦把特别相对论进一步扩展，于1916年发表了《一般相对论》，对
地球
引力作了更加激进的解释，他也因此成为世界上最著名的科学家。更多的科学家在这个
时候
加入到反爱因斯坦的阵营，1920年，一个右翼组织在柏林爱乐音乐厅举行示威，谴责爱
因斯
坦的理论是科学史上的达达派，他们还指责爱因斯坦剽窃他人的公式。 美国科学家阿尔
伯
特·米切森宣称，他永远不会接受相对论，他指出，爱因斯坦的理论自相矛盾，他使用
错误
的方法撞上了正确答案。天文学家万·弗兰顿曾经在美国海军实验室工作，主要从事全
球定
位系统的顾问工作。他表示最近发现了一个肮脏的秘密：由于爱因斯坦的理论，全球定
位系
统卫星上的时间需要不停地调整，才能与地球上的使用者同步。而实际情况并非如此，
全球
定位系统的程序人员不需要相对论。他说：“他们已从根本上放弃了爱因斯坦。”(亿笑
)
爱因斯坦不是神
也有一些科学家并不同意这种观点。科罗拉多州立大学物理学教授尼尔·阿什比对此就
有不
同看法。他说：“我对弗兰顿和他的观点很熟悉，宣称卫星在发射之后没有了相对修正
是不
正确的，实际上，因为全球定位系统的卫星是在不同圆心的轨道上，由于各个卫星的运
行速
度不同，距离地面的高度也不一样，它们之间就出现了许多不同的变化。这些信息从每
颗卫
星上传送到地面的接收器，再由地面控制人员对卫星作出调整。”阿什比认为，爱因斯
坦的
理论绝对没有过时。马里兰州立大学、南密西西比大学和华盛顿大学的一些教授也证实
，全
球定位系统的软件便采用了特别相对论和一般相对论。
但即便如此，爱因斯坦和他的相对论面临的考验远没有结束，很多科学家并没有把爱因

斯坦神化，在他们看来，相对论也决非无懈可击。例如，一位名叫斯莫林的科学家便提
出了
关于地球引力的新理论，这种理论可以在量子力学中得以充分运用，只是它需要对爱因
斯坦
的理论进行重大 修改。目前这一理论引起的辩论和争论仍在进行。(快枪)

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                          漂泊多年  终于发现  

                          夕阳并非远在天边  而是就在眼前

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