GPS衛星(來源:英國媒體)
歐洲核子研究委員會(CERN)上月宣布發現超光速粒子后,在科學界引起了極大的爭議。根據美國《大眾科學》10月17日的報道,一位荷蘭物理學家近日指出,CERN的結論是錯誤的,因為他們在計時中忽略了狹義相對論。
英國《自然》雜志9月22日報道了CERN發現超光速粒子的消息。由于關乎愛因斯坦狹義相對論的正確性和人類對宇宙運行規律的根本認識,消息傳出后立即震驚了世界,并引發了各國科學家實驗的熱潮。過去的三周時間內,學術論文網站arXiv上出現了超過100篇試圖解釋這一現象的文章,給出的原因也是五花八門。
不過在荷蘭格羅寧根大學物理學家羅納德·范·埃爾伯格看來,CERN其實犯了一個非常簡單的錯誤:他們沒有考慮到時鐘的相對論運動。發現“超光速中微子”的實驗本來是要研究中微子振蕩現象的。研究人員在CERN位于日內瓦的總部向意大利格蘭薩索發射一道中微子粒子束,再由意大利研究人員測算有多少中微子轉化成了陶子中微子。這項研究不僅需要細致的地表測量,更要求兩地的時鐘完全同步。
為了滿足實驗條件,CERN使用了全球衛星定位系統(GPS)。根據狹義相對論,衛星發出的無線電信號以光速傳播,且與衛星的運行速度無關。但由于衛星處在不斷運動當中,所以從衛星的視角看來,中微子和位于意大利的中微子探測器的位置也是處于不斷變化之中,中微子發射源與中微子探測器之間的距離不斷拉近;也就是說,“在這個(GPS衛星的)參照系中,中微子飛行的距離小于中微子源與探測器間的實際距離”。
然而,CERN做實驗時卻是以地面參考系為參照的,因此忽略了這一點。范·埃爾伯格計算了衛星飛行高度、軌道周期、衛星軌道與地球赤道平面夾角等數據后得出結論,CERN的實驗有大約64納秒的誤差,剛好解釋了為什么中微子會比光速快大約64納秒。
范·埃爾伯格表示,自己的這篇論文表明,所謂的“世界標準時間”(Coordinated Universal Time)其實并沒有那么標準;今后的實驗中,科學家還要考慮到時鐘這個因素。如果范·埃爾伯格的論證成立,將出現一種十分有趣的局面——科學家使用狹義相對論的方法,證明了狹義相對論的正確性。
(來源:中國日報網 信蓮 編輯:梁杉)