物理学的快子是什么——正宇宙和负宇宙

海云青飞 https://www.tuenhai.com 20190707

快子是什么粒子

相对论认为宇宙中的物体的运动速度不可能超过光速,物理学家想象可能存在超光速运动的粒子并且不违反相对论,描述超光速运动的粒子需要用到虚数的概念

比拉纽克和苏达珊最先假定超光速粒子的存在,1967年,美国哥伦比亚大学的杰拉尔德·范伯格却认为很有希望把超光速粒子的质量和长度具体化,并称之为 快子

目前为止快子的存在还未得到证实

负宇宙和快子

海云青飞 https://www.tuenhai.com 认为 快子 这个概念并不是个好概念,为什么这样说,先从我们所处的宇宙谈起

物质都是通过引力互相联结在一起,为什么会存在引力,那么是因为宇宙存在斥力,为了反抗斥力,宇宙中的物质就有必要手拉手联结在一起

这就说明,我们所在的宇宙是引力宇宙和斥力宇宙动态斗争的结果。如果静态化分析,会怎么样

假设宇宙中的物质全部消失,也就是引力宇宙消失了,会发生什么情况呢?这时斥力没有了阻碍,斥力的速度就会指数级膨胀,超过光速只在一瞬间

同样,假设宇宙中的斥力消失,也就是斥力宇宙消失了,那么物质之间的互相吸引就没有了阻碍,于是引力的速度会在瞬间超过光速

看到了吗,只要具备一个条件,超光速马上就实现了

我把引力宇宙称为正宇宙,斥力宇宙称为负宇宙。物理学家说的 快子 实际上是负宇宙的概念,但是 快子 字并不能表示出是哪个宇宙,因此这是个很不好的概念

从静态的角度,把宇宙分成正宇宙和负宇宙,并且只考虑负宇宙,那么快子当然是存在。现实宇宙是正宇宙和负宇宙动态争斗的结果,如果两个宇宙势均力敌,那么快子是不会存在的。如果负宇宙占了上风,那么快子的速度可能超过引力的速度,因为光在真空中的速度等于引力的速度,于是快子就快于光速了

目前的宇宙处在不断膨胀中,这就是说负宇宙在争斗中占了上风,理论上来说物理学家是可以检测到快子的,但是宇宙的膨胀是宇宙级的膨胀,地球这样极小的局部的空间的膨胀是极不明显的,再说人类进化程度还很低,人类的科学手段未必能检测到快子的存在

51 既然没有任何东西能超过光速,人们所假定的那种运动得比光快的快子又是什么玩艺儿呢?

《你知道吗?——现代科学中的100个问题》

阿西莫夫著 暴永宁等译 碧声扫 https://www.tuenhai.com 整理

爱因斯坦的狭义相对论有一个要求:我们宇宙中所存在的一切物体,都无法以超过真空中的光速的相对速度运动。单是为了迫使物体达到光速,就得花费无限多的能量,而要把它推动到超过光速,就需要花费比无限多还要多的能量,这简直是无法思议的了

不过,让我们暂时假定有一个物体正在以超过光速的速度运动

光的速度是每秒约300,000公里,那么,要是有某个质量为1公斤、长度为1厘米的物体以每秒约424,000公里的速度运动,会发生什么情况呢?如果我们应用爱因斯坦的方程,它就会告诉我们说,这时物体的质量将等于(负1的平方根)公斤,它的长度将变成(负1的平方根)厘米

换句话说,任何一个运动得比光还快的物体,都会具有必须用数学上所谓“虚数”(参看问题6)来表示的质量和长度。我们没有任何办法把用虚数表示的质量和长度具体化,所以,大家就很容易认为,这样的东西既然是无法想象的,它们就不会存在了

但是,1967年,美国哥伦比亚大学的杰拉尔德·范伯格却认为很有希望把那样的质量和长度具体化(范伯格并不是最先提出快子的人,这种粒子是比拉纽克和苏达珊最先假定的,但是,范伯格推广了这种概念)。也许,由“虚数”表示的质量和长度只不过是一种描述具有(让我们说是)负重力的物体的办法——这种物体同我们这个宇宙中的物质并不是靠万有引力互相吸引,而是互相排斥

范伯格把这种比光还要快的、具有虚质量和虚长度的粒子称为“快子”。要是我们假定这种快子能够存在,那么,它是不是能够按另一种方式来遵循爱因斯坦方程的要求呢?

显然,快子是会这样的。我们可以描绘出比光跑得还要快,但却遵循相对论要求的快子所构成的整个宇宙。不过,为了使快子能够做到这一点,在涉及能量和速度的时候,情况就会同我们通常所习惯的情况相反

在我们这个“慢宇宙”中,不运动的物体的能量等于零,但是,当它获得能量时,它就运动得越来越快,如果它得到的能量无限大,它就会被加速而达到光的速度。在“快宇宙”中,能量等于零的快子以无限大的速度进行运动,它所得到的能量越大,它的运动就越慢,到能量为无限大时,它的速度就降低到光速

在我们这个慢字宙中,一个物体在任何条件下都不能运动得比光快。而在快宇宙中,一个快子在任何条件下都不能运动得比光慢。光速是这两个宇宙之间的界线,它是不能超越的

但是,快子是不是真的存在呢?我们可以断言说,有可能存在着一个并不违反爱因斯坦理论的快宇宙,不过,有可能存在并不一定就等于存在

探测快宇宙的一种可能的途径,就是要考虑到如果有一个快子以超光速通过真空而运动,那么,在它飞过时就必定会留下一道有可能探测到的光尾迹。当然,大多数快子都飞得非常快——比光还要快几百万倍(正象大多数普通物体都运动得非常慢,只达到光速的几百万分之一那样)

一般的快子和它们的闪光在我们能够发现它们之前,早就一瞬即逝了。只有那种非常罕有的高能快子,才会以慢到接近光速的速度从我们眼前飞过。即使在这种场合下,它们飞过一公里也只需要三十万分之一秒左右的时间,所以,要发现它们也是一桩极伤脑筋的任务!

阿西莫夫《你知道吗?——现代科学中的一百个问题》科学普及出版社 1984年

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