|
中微子快子与慢子兼得理论初探 ----解密三旋理论（1） 王德奎 摘要：中微子超光速理论是基于一部分中微子属于"暗物质"，因而中微子传输振荡运动的路线是一闪一隐穿行于"点外"和"点内"时空，是快子与慢子兼顾的物质。 关键词：中微子 振荡 暗物质 快子 2011年9月22日英国《自然》杂志报道，意大利格兰萨索国家实验室下属的"奥佩拉"的实验装置，接收到来自欧洲核子研究中心(CERN)的中微子，两地相距730公里，中微子跑过这段距离的时间比光速还快了60纳秒。 超光速的中微子的发现，因被一部分认为，将颠覆爱因斯坦的相对论，科学会发生翻天覆地变化。但不同意的人，却怀疑奥佩拉实验有错。 我们基于一部分中微子属于"暗物质"，因而中微子传输振荡运动的路线是一闪一隐穿行于"点外"和"点内"时空，是快子与慢子兼顾的物质。所以正如怀疑奥佩拉实验有错的人，认为相对论即使错，也不是完全错的那样，我们认为即使奥佩拉实验有错，也不影响中微子是一闪一隐的"超光速"运动。这不会颠覆爱因斯坦的相对论，而是全面完整正确地让整个人类至此才理解了相对论，避免了分裂。 （一） 人类至此产生光速和超光速阵见的分裂，不是爱因斯坦相对论惹的祸，而是基于20世纪前经典自然科学的物质定义惹的祸。 仅从数学讲，速度从0到1再到无穷大，处于光速和超光速的数字并没有本质区别。但从物理学讲，正如人类社会，人有生育和死亡的延续一样，物质世界量子也有产生和湮灭的时空起伏。数学和物理学的统一，20世纪后期科学家创造了奇点、视界、黑洞等三个概念。奇点是出于球面与环面的区别，庞加莱猜想有证明。在微分几何和拓扑学上，奇点指环面。物理学反其道，把环看成是不可穿透的球，实指虚时空不可有超距传送，这类似外尔的不可积因子的规范思想。 既然有不可穿透的球，那么球外的信息、物质等等东西，就仅能收缩停留在这处球面上，观察者的视界就只能到此为止。因此称为视界。相反，相对球面外的信息、物质，球面内就称为黑洞；从数学可称为点内空间。因此从物理学讲，速度从0到1再到无穷大，物质世界有产生和湮灭的奇点、视界和黑洞。 那么这种速度的视界在哪里？2007年我们出版的《求衡论---庞加莱猜想应用》一书129-136页的"说不尽的数学思维"一节，阐述了爱因斯坦用他发现的质能公式，定性和定量地区分出了这个视界。即类似后人把从质能公式引出的超光速粒子称为快子，这是穿行于"点内"时空段的情形。相反，把从质能公式引出的光速及光速以下的粒子称为慢子，这是穿行于"点外"时空段的情形。所以爱因斯坦并没有反对超光速。 就是说，光速只是一种标度，一种度规，一种规范，具有标度、度规、规范的不变性。但正是有标度、度规、规范的不变性，也就有标度、度规、规范的可变性、反常、破缺。例如普通的可见光通过媒介，如水，光速会减慢。又如可见光线走直线，只是在一定的范围、图像内才是成立的。因为在球面上，直线被定义为测地线，即过球心的平面切球面所成的大圆上的线段，才算是球面两点之间最短的直线。把这个道理引申到地球上，普通的可见光在两座相距很远的城市之间通过的距离就有两种尺度。一种是测地线，它是地面上走过的距离，类似圆上的弧线，是一种曲线。另一种是它在地下走过的距离，类似平面上的直线，但跟圆上的弧线对应类似弦线，即它比地面上的"直线"短。因此即使光速具有标度、度规、规范的不变性，但用来除以这两种大小不同的距离，以地面上的光速作标度、度规、规范，那么走地下距离的中微子运动的速度，自然是超光速的。但中微子振荡传输运动不完全是在点内时空穿行，而是一显一隐的。 现在再回到视界思想，看不见摸不着的微观世界，本质上说离我们的现实生活太过遥远，因而它把世界分为观察视界和事件视界。即观察者的视线不能穿过视界，并不等于事件本身经历者不能穿过视界，但由此两者对事件的各自结论会出现偏差。例如在经典时空，描述一辆运动汽车的速度，观察者可以不坐上汽车，只通过运行的时间和距离，就可以求出它的速度；也可以坐上汽车，通过测速仪每时每刻知晓它的速度。这对于钻山洞和走山洞外的翻山越岭公路，即使两者在坐上汽车用测速仪观察的人，测量的速度都一样；但对不坐上汽车，单纯用汽车经历的时间和距离去计算速度的人来说，如果他把山洞和走山洞外的翻山越岭公路两者的距离看成一样，由于钻山洞和走山洞外的时间不一样，计算的结果两者会不同。这联系中微子，从而深化了现代实践论和矛盾论科学发展观。 例如，把钻山洞对映中微子穿行"点内"时空段，点内时空在经典的四维时空就变成类似额外维。其次，测量宏观山洞的距离容易，测量瞬时进出的微观额外维的时空段距离，目前还没有办法。所以测量中微子振荡传输运动的距离，实际对穿行于"点外"和"点内" 的距离取值是一样的。即如果每个中微子本身穿行于"点外"和"点内"的速度实际是慢子，但观察者测量计算得出的中微子的速度都会偏向是快子。 这个道理再明白不过的是，中微子属于一种不带电的基本粒子，而且是费米子，不玻色子，它具有最强的穿透力，可以像"幽灵"一样穿透任何物质。由于中微子难以捕捉和探测，因而微观世界对于观察者的我们人和使用的仪器来说，已经就类似一种"视界"。甚至对微观的光子来说，由于光子只是玻色子，不能穿透"点内空间"，而中微子作为费米子并不受此限制，那么把"点外"和"点内"之分，作为中微子和光子等微观粒子的一种"视界"，也行。由此不仅能说明中微子的振荡，以及中微子的类型可变，中微子的质量可变的----这是有日本超级神冈合作组和欧洲核子研究中心(CERN)的实验和发现作依据的。 因为中微子总共有三种类型：τ子中微子、μ 子中微子和电子中微子。粒子物理的标准模型认为，中微子的质量为零，在相互作用中轻子数守恒，中微子不会从一种类型变成另一种类型。然而现在由不同国家、在不同地点、采用对不同能量中微子灵敏的不同技术，都测量到中微子有质量，且存在振荡。其实奥佩拉实验早在2006年就由CERN向格兰萨索实验室安装在地下的中微子监测仪发射μ 子中微子，到2010年他们公布终于观测到了μ 子中微子中的1个已经变成了τ子中微子。 2011年这次做奥佩拉实验的科学家，发现中微子超光速为什么只能是一个副产品。 因为他们的目的仍是为了测量中微子的质量，而不是中微子的速度。但他们这次却没有公布所测中微子的质量，以及CERN发射和奥佩拉观测到中微子是否也是μ 子中微子变成了τ子中微子？以及多少个μ 子中微子中变成了多少个τ子中微子的？如果他们能准确公布，理论上按中微子快子与慢子兼得理论，就能对比他们公布的中微子速度与理论值的符合情况。 因为2006年，我们发表在《绵阳职业技术学院学报》第2期的《庞加莱猜想与不确定性原理刍议 --质量超弦时间之箭初探》论文中，曾指出：20世纪末之前揭示的夸克幽禁、暗物质、对称破缺、真空性质之谜，发展出的大统一理论、超对称、超引力、超弦理论等，尽管人们试图以此解释宇宙演化成目前高度有序状态的过程，了解夸克和胶子所涉及的基本作用力；但是在整个轻子方面可能存在着一个以前从未揭示过的分立对称性及其破坏，导致中微子相互作用的本真态和质量本真态相联系的映射矩阵与中微子的质量矩阵之间，建立的非常确定的波粒二象性，仍然联系从宏观到微观物理学的双缝实验的判据。 这涉及庞加莱猜想与不确定性原理的等价问题。 双缝实验是一个众所周知的从宏观到微观物理学的老实验，也许都认为它只是一个人为的实验，不具有普遍的、自然的意义。实际错了。例如，宏观中大多数物质都存在晶格，微观量子通过晶格间的狭缝是很普遍、自然的事，这类似双缝实验。又如，太阳核反应中产生的大量电子中微子，在到达地球前要经过太空的电离层、分子云，其类似双缝实验产生的质量振荡现象，已为观察所知。而早在1998年日本超级神冈合作组，通过观测由下往上行的μ 子中微子的数量发现了中微子振荡，即由下往上行的μ 子中微子穿过地球走了一段长的距离后，数量上比从上层大气走过一段短距离到地下超级神冈探测器的μ 子中微子大为减少，差别的大小取决于中微子行走过的距离。 他们对数据全面的分析表明，μ子中微子很可能变成了第三种类型的τ子中微子，即在宇宙线对撞中并不产生的τ子中微子。再到2010年他们又对大气中微子数据进行新的分析，首次显示出中微子振荡的特殊图形。即在中微子混合中，一种类型的中微子变为另一种类型的中微子的概率，与所走过的距离（L）比率除以中微子能量（E）的正弦函数相关。这一特殊图形是类型变化的概率应该趋向于零，然后因为L/E比值的增加而恢复。即这种新的方法，仅选择对走过的距离和中微子能量测量就行，并且排斥了那些没预言振荡图形的理论，代表了到目前为止对质量差所进行的最精确的测量。 此外已有我国学者根据中微子质量平方是负值的实验数据，对比Dirac方程和虚质量的Dirac方程，提出了一个超光速中微子的量子方程。这是用一个和最大宇称破坏相关的质量项将两个Weyl方程耦合在一起，得到的一个描述具有永久螺旋度且超光速运动的中微子的新方程，超光速粒子的速度在（0，∞）范围内变化，其内部上干迭加的两个矛盾场的相对变化导致亚光速粒子和超光速粒子的各种奇异特性。这和狭义相对论是兼容的，且和中微子快子与慢子兼得理论也可相映。其次也还有我国学者在中微子质量上引入粒子弱荷的新概念，提出弱荷守恒定律和弱荷手征性，再根据弱荷的对称性扩展标准模型，指出所有的中微子都是有质量的Dirac粒子，但是右手中微子和左手反中微子的弱荷为零，它们不参与弱相互作用，而称为暗粒子。 （二） "点外"和"点内"时空与物质和暗物质对应，中微子传输振荡运动的路线是一闪一隐穿行于"点外"和"点内"时空，是快子与慢子兼顾理论，不仅有大气和太阳中产生的许多μ 子中微子和电子中微子的振荡变身的直接证实，冲击原有标准模型，而且联系充满整个宇宙有质量的中微子，在作宇宙学实验已表明90%以上的宇宙质量是暗物质的候选者。但中微子暗物质，即使在100亿个穿越地球中，也只有一个会与其他物质相互作用，所以奥佩拉实验无论观测和计量中微子，也太难。但说随着中微子超光速大白于天下，就能彻底撼动理论物理学大厦的根基，也是不知深浅。 我们可以说，奥佩拉实验的科学家发现中微子的超光速，并不是他们乘坐在那些中微子跟踪器上，直接每时每刻测量知晓的中微子速度，而只类似观察者的经典测量，是通过运行的时间和距离计算求出的速度。所以即使奥佩拉实验，中微子是隐形传输，是超光速，无限超光速，那么他们获得中微子运行的那些时间和距离的信息，也只能是慢子传送的。而且任何科学家，任何时代，观察者也不能直接乘坐在中微子上，直接每时每刻测量中微子的速度。由此"点外"和"点内"之分作为一种视界或者额外维，超光速问题实际已经被全息化、普遍化，但并没有颠覆爱因斯坦的相对论。 因为一个波的形状是一个粒子，相当多的粒子要形成一种类似波的形状，也有势阱与隧道效应的约束，量子或振子的概念只需要以庞加莱猜想收缩、扩散、振荡的内禀意义作修正。这就是微观波函数要告诉我们的什么。因为它使绝对不连续的点状粒子和绝对连续的场这两种说法同时兼而有之；也使爱因斯坦认为量子力学波函数描述的不是单个体系，而是体系的系综得以完备---波函数与统计物理中的分布函数相似。 人类存在好奇、猎奇和娱乐想象等人文思想和价值观，并能伴随人类的一生，左右着人的行为选择，能引发人文洗涤的振荡、推理，因此即使是科学家也不就囿于科学世界的重塑。所以人文方面例如"张飞打岳飞，打得满天飞" 类似的开玩笑，说谎话，按计算就存在超光速。这类超光速的点内空间，就在人类的心里或脑海，或只能在书、画、音响、影视、戏剧舞台等类似的点内空间中。其次，类似民间说的灵魂、人死下地狱的故事、神鬼信仰、仪式表演等，此类传达中的超光速点内空间，都是活人不可能亲自去查证的地方。 有人说，因为如果相对论正确，那么是不可能时光倒流的，但并不是说相对论错了，就一定能时光倒流。当然，如果中微子被证实慢子也是快子，肯定会改变一些对标准模型的看法。但是怎么改变，我们多少也知道一些，那就是微观图景从原子论扩容到孤子链，而不是时空错乱、空间崩塌，怪物入侵等猜测。当然，"点内空间"也是一种猜测。这种必要，首先是爱因斯坦类似用世界线来描述粒子运动，继而狄拉克把正电子当成是进入负能量海的"点内空间"，而费曼是当成逆着时间方向运动的电子。 费曼把电子从t1运动到t2那一段位于光锥之外，当成是"类空"（点内空间）的能隙路径。在这个极限的两侧点外空间和点内空间，分别存在着时间流逝方向相反的粒子。也就是说沿着时间方向看t2时刻一个电子正在运动，在远处x2位置突然出现了一对正负电子对；之后就是原来t1时刻的电子与新产生的正电子湮灭，而新产生的那个电子则继续朝向（x3,t3）运动，这样的话新产生的电子可以看做原电子的未来。如果把"点内空间"当成是能隙因素，把这整个过程当成一个电子被能隙两次散射的话，这看起来就是该电子在能隙"点内空间"t2时刻完成了一个超时空的跳跃，然后t1时刻本体才消亡。费曼图说来简洁，计算也方便，但理解也难。 （三） 现在再回到说奇点是环面。把奇点看成是不可穿透的球，是一种智慧。把奇点扩容到环面，是另一种智慧。中微子虽是一种不带电的基本粒子，但它仍是费米子，不玻色子。费米子具有1/2自旋，即是一种狄拉克粒子。因为量子力学传统的自旋理解，是直接将薛定谔方程套用洛仑兹变换四维矢量的克来因-高登方程，继后是电子波函数演化方程的狄拉克方程，电子的1/2自旋成为必然的相对论要求。但狄拉克方程冲击"负能解"，即对于自旋为半整数倍的费米子，由于泡利不相容原理存在，负能量海的解释虽说得过去，但对自旋为整数倍的玻色子，负能量海意味着所有的玻色子都要无限制地跌入负能级之中。于是费曼才提出了一个类似"点内空间"的赝能隙观点：反粒子是"时间向后走的粒子"，或者是逆着粒子的时间运动的粒子。从时间流逝的方向来看，这个粒子与来自(x0,t0)的粒子接触并双双消失，留下能量为2m c²的光子；这个过程正是正反粒子对产生与湮灭的过程。 其次，弱相互作用>存在宇称不守恒，宇称就类似包容"点外"和"点内"，物理的"点内空间"的存在，也能说明中微子参加弱相互作用>。即它一般发生在原子和原子核的π±介子因弱相互作用>的衰变中：π+→μ++νμ；π-→μ-+νμ。π+→e++νe；π-→e-+νe。如果把群论比作类似一种分数自旋的演绎，由于理想的环面有面旋、体旋、线旋等三种自旋各自可以独立，也可以合成，就共有62类自旋状态，所以环量子整体对称性向局部对称性的孤子链过渡，能用群论自旋语言描绘四种相互作用力。如环量子线旋电磁力起源于U(1)局部对称性，弱力起源于SU(2)局部对称性，而强力状态，起源于SU(3)局部对称性。U(1)是阿贝尔群，SU(2)和SU(3)都属于非阿贝尔群。 微观1/2自旋费米子是标准模型必不可少的，但模具很难演示。有一种所谓的孤子链，确能演示。它起源于三旋扩容，由环圈耦合组成链。循着这条思路，要模拟机械孤波滚动，需要以两条单链耦合为基础。这可用大小相同的穿钥匙用的铁圆圈10至更多个制作。让两列链圈依次对应相交，在链条垂直时，段与段圈之间有上下之分，同段同级的两个圈面可以近乎平行重合；而上下不同级段的圈面也可以相互垂直，且上下两圈面垂直的交线与其过圆心的连线可重合。这种情况称为正交。且因一个铁圈的转动为半角度，要平整又顺当，它们的相交是有严格编码要求的。这样把两根圈链耦合起来，挪动"弱轴主流"冠链圈，在垂直的时候，从"弱矢量流"顶链圈开始就会产生机械孤波滚动。我们把具有这种功能的圈链也称为"孤子演示链"。 演示粒子之间的相互作用，孤子链类似拉格朗日函数的粒子的集体坐标表示式，又类似矩阵；三旋环圈类似矩阵元。三旋是纯动量坐标的模拟，类似哈密顿量函数。把三旋动量旋球看成彭罗斯扭量球，孤子链就类似扭量球的傅里叶展开式。实际三旋和孤子链也类似量子力学中的算符，具体模拟可针对不同对象有不同的表现形式。例如，用正弦-戈登方程描述类似拓扑性的扭结孤子和反扭结孤子传播的孤子演示链，它的每个圈子体旋是为1/2的自旋，可对应粒子系统的费米子和反费米子，其玻色子可采用一个费米子-反费米子对，划段的形式出现。 意大利奥佩拉的超光速中微子实验，被我们说成可以有很多其他可能的解释，而且要求需有其他实验室的独立检验，那么中微子传输振荡运动的路线是一闪一隐穿行于"点外"和"点内"时空，是快子与慢子兼顾的理论，虽宏观进入"点内"自然拉近了距离；其次，孤子链靠"矩阵元"交叉传递的能量和信息巡行，能演绎发射或极化的粒子和场的产生和湮灭，但这全息能站得住足吗？这里我们不想直接回答，只看三旋探索在新中国是如何发生的。 20世纪以前，经典自然科学已经取得很大成功，并在世界上造就出工业化革命。其物质财富的丰富，使自然科学继续迅猛发展的同时，阶级矛盾也因财富分配而激化。然而基于20世纪前经典自然科学成就总结的物质定义，却指导和引导着20世纪以来主流革命的社会斗争和大部分自然科学研究。这使得20世纪前后自然科学和社会科学，就不能不出现阵见分裂，甚至连唯物的自然科学家内部也出现阵见分裂。应该说，爱因斯坦青年时就关心政治，他站在革命唯物主义者的角度，义无反顾地要求速度计算，点外空间观察者要舍弃快子的想法。所以连伟大的革命导师也要邀请他到自己的国家去工作。但他的质能公式本身快子是存在的。 20世纪以后自然科学迅猛发展，前沿实验观察一般掌握在社会科学分裂的革命对立派掌权的发达国度，材料和知识对方的垄断和革命方的防反渗透，大多数人在不能全面完整正确了解科学的背景下，使已阵见分裂的革命自然科学家内部又产生再分裂，这反映在对物质奇点、视界、黑洞认识上是更趋复杂化。也许这就是为什么20世纪相对论诞生以来，从反动派到革命者中都有人穷追猛打爱因斯坦的原因之一。 科学实践从亲口吃梨子到变革原子和原子核，也许一般的国力和实践，都能完成。但20世纪中叶，物质可分变革原子和原子核到了变革夸克，微观粒子从少数激增到数百。1956年中国在海外的科学家杨振宁和李政道提出弱力衰变>宇称不守恒，吴健雄等用实验给予了证实，1957年杨振宁和李政道获得诺贝尔物理奖，大长了中华民族的志气。那么物质可分扩容到物质无限可分的夸克及其以下普朗克常数层次，不通过实验推证能否成立？1958年中国的大跃进把自然科学普及到了城市和农村的各个角落，极大地丰富和发展现代实践论和矛盾论。 但正如有人说，"暗物质是目前科学界了解最晚的物质，要论证位于意大利格兰萨索国家实验室奥佩拉实验的超光速中微子的发现，最重要的是要进行重复实验，然而同样原理的实验，在中国没有办法实现---因为重复这个实验需要大的质子加速器，产生中微子束流，中国现在没有大的质子加速器，原因是大型质子加速器首先是很贵，要几十亿到几百亿的造价；其次，建好一个实验室一般需要十年时间"一样。但从古代到今天，中华民族靠自然全息实验，使实践论和矛盾论求衡在世界民族之林作出了贡献。 参考文献 [1] [美] 曹天予，《20世纪场论的概念发展》，上海科技教育出版社，吴新忠等译，2008年12月；
[3] 王德奎，三旋理论初探，四川科学技术出版社，2002年5月； [4] 孔少峰、王德奎，求衡论---庞加莱猜想应用，四川科学技术出版社，2007年9月； [5] 王德奎，解读《时间简史》，天津古籍出版社，2003年9月； [6] 刘月生、王德奎等，"信息范型与观控相对界"研究专集，河池学院学报2008年增刊第一期，2008年5月； [7 ]叶眺新，中国气功思维学，延边大学出版社，1990年5月； [8] 庞小峰，非线性量子力学，电子工业出版社，2009年7月； [9] 薛晓舟，量子真空物理导引，科学出版社，2005年8月； [10] 陈蜀乔，引力场及量子场的真空动力学图像，电子工业出版社，2010年7月。
|