发言稿: 宇宙膨胀的力学原因--天体的辐射压
人类对宇宙的观测已有数千年的历史。近几百年以来,望远镜和光谱学的研发,大大推进了天文观测的进度和深度。 一, 光子的动量与动量定理。 二, 估算太阳对地球的光辐射压力,然后与两者之间的万有引力相比较。 三, 辐射压的表达式。 根据前面太阳与地球之间万有引力和辐射斥力的保守估算,万有引力比辐射斥力大14个数量级(100万亿倍)以内,现设定两个恒星之间万有引力与辐射斥力增大14个数量级(100万亿倍)相等(对互相辐射的恒星来说,实际上辐射斥力要大大增强,其数量级要降低很多),对照(a),(b)得到: 四, 天体的辐射压与星系的运动。 谢谢诸位 吴东敏 2012 年7月
探索“中微子超光速”现象 吴东敏 2012 , 03 ,20 2011年9月,欧洲核子研究中心(CERN)与大型中微子振荡实验项目组(OPERA)宣布了“中微子超光速”的消息后,引起了全世界的震撼。在OPERA实验结果发表后,除了科学家口头表达看法以外,几天内就出现了几十篇论文,探讨实验结果。不少知名科学家包括诺贝尔奖的获得者,都斩钉截铁地说,肯定OPERA实验错了。质疑声一片哗然。一边是实验,一边是质疑,中微子能不能超光速成为一个谜团,笼罩在人们的心头。 为了解开这个谜团,我有自己独特的见解,供科学界参考,表达如下: 一 调查 二 判断 三 分析 四 结论 一, 调查 我打开互联网,查阅资料。我发现如下情况: 1, 1987年2月23日格林尼治时间10点35分,南半球的几个天文台观测到大麦哲伦星云中的一颗编号为SN1987A的超新星开始爆发。这个消息公布后,几个有大型地下探测装置的实验室立刻查阅了数据记录磁带,发现在当天格林尼治时间7点35分左右,总共捕获了24个来自该超新星的中微子,记录下了十分珍贵的信息。中微子比光子先到达地球3个小时。此后,诞生了“中微子天文学”这个新的科学分支。 2, 2007年,美国费米国家实验室研究人员在MINOS装置实验结果,发现中微子超光速现象。因为研究人员对实验精确性存疑,没有公布。 3 ,2011年9月22日,报导了位于罗马的意大利格兰萨索国家实验室下属的一个名为OPERA的实验装置接收到来自欧洲核子研究中心(在日内瓦地下)的中微子。在相距730km的两地,中微子比光速快了60 纳秒,相当于每秒快跑了6km。参加该项目的瑞士伯尔尼大学的安东尼奥·伊拉蒂塔托博士说,他与同事反复观测这个现象1.6万次,并仔细考虑在实验中的其它因素的影响,认为这个观测结果站得住脚,决定将其公开。 该项目使用一套复杂的电子照相装置,重1800吨,位于格兰萨索国家实验室地下1400m深处。这套接收装置与欧核中心之间距离测算精度为20厘米以内,测速精度为10纳秒以内。此次,中微子束的发射和接收方之间的距离有730km,研究者让粒子束以接近光速运行,并通过最后运行的时间与距离来计算判断中微子的速度,中微子束在两地之间的地下管道中穿梭。 4, 另有一报导:OPERA实验数据是:距离通过GPS测量,误差20厘米以内;时间通过GPS和铯原子钟测量,精度为2.3 纳秒。实验中中微子传播距离为732km,测到的传播时间为0.0024秒(注:我复核计算为0.00244164034秒),计算所得到的中微子速度是:299798454米/秒。1975年国际标准光速(激光测速法)为:299792458米/秒。比较一下,快了5996米/ 秒,约6km/s 。 OPERA的实验设备是采用长基线中微子振荡搜索的大块铅和感光乳剂接收器。发射方:欧核中心地下,将质子接力加速后送入大型强子对撞机(LHC)进行质子对撞。实验中,一些质子被以10 微秒的脉冲形式射向一个石墨靶标产生一束介子脉冲,这些介子很快衰变成中微子,并穿越地层抵达格兰萨索的探测器,在这里,大块铅和感光乳剂接收器可以感知中微子的抵达。 5,在招致世界上绝大部分物理学家的集体质疑声中。欧核中心在2011年10月份更换了设备,使中微子的生成时间缩短到3 纳秒,以此来更好地与意大利格兰萨索的中微子做比较。第二次重复性实验结果表明,中微子依旧比光提前62 纳秒到达。这与第一次实验结论完全吻合,该结果于11月17日公布。研究人员认为,本次在实验精确性,统计分析等多方面得到改进。该次实验仍然是OPERA的人,但是由不同的实验小组来完成重复实验的。 6, 2012年2月23日,OPERA项目组已被证实为实验失误,系电脑与全球定位系统(GPS)设备之间的光缆连接松动所致。 7, 有认为:为测量工作提供GPS同步服务的振荡器有关,该问题可能导致对中微子运行时间的测量值偏大。另一处问题出在为项目主计时器导入GPS信号的光纤连接器,与上一问题相反,该问题可能导致对中微子运行的时间的测量值偏小。对两处问题的进一步评估后,欧核中心说,按照计划,新一轮实验将于今年5月启动。 8,美国费米国家实验室发言人珍妮·托马斯说:在OPERA项目结果公布之前,费米实验室研究人员就打算继续做更多精确实验,可能今后一年或两年开始。 9,OPERA项目发言人伊拉蒂塔托博士欢迎同行对实验数据提出质疑,同样态度谨慎。他告诉路透社记者:“这一次发现如此让人吃惊,以至于眼下所有人都需要非常慎重。” 10,日本文部省高能加速器位于筑波科学城,东京大学宇宙线研究所设在岐阜县神岗,两地相距250km。1998年6月19日下午,高能加速器使用质子加速向宇宙线研究所的神岗地下检测槽发射中微子,结果检测到中微子。发射后大约0.00083秒检测到。 断定是由该质子加速器所发。计算如下:250 / 0.00083=301204.82km/s ,中微子超光速1412.36km/s. 二, 判断 对于“中微子超光速”这个谜团,世界上的物理学家有不同的疑虑和判断。 1, 欧核中心物理学家埃利斯对这一结果仍心存疑虑。科学家先前研究SN1987A超新星发出的中微子脉冲,如果最新观测结果的数据适用于该超新星,则,这颗超新星发出的中微子应比它发出的光提前数年到达地球(注:我计算后是3.17年),然而观测显示,这些中微子早到数小时(3小时)。埃利斯说“难以符合OPERA项目的观测结果。” 2,美国费米实验室中微子项目专家阿尔方斯·韦伯认为,OPERA实验仍存在测量误差可能。 3, 在OPERA实验结果发表后,引起了巨大的震撼。人们的判断有三种: a, 最大的可能是实验本身有漏洞,只是未发现而已。 b, 可能中微子有特别性质。这样,相对论是对的,实验结果也是对的。 c, 相对论可能错了。光速是可以超越的。 4, 有的科学家提问:日内瓦与格兰萨索的时间如何保持同步? 两地之间的距离如何得到精确的测量? 三, 分析 我认为本案应从中微子说起。 1, 1930年,德国物理学家泡利在解释β衰变的质量亏损时,提出可能存在一种粒子,它盗 走了能量。这种粒子于1933年正式命名为中微子。1956年美国科学家莱茵斯等人在实验观测中发现了中微子的存在。莱茵斯用反应堆的β衰变的强中子源,强中微子源,用氢核(质子)作靶核;使用两个装有氯化镉溶液的容器,夹在三个液体闪烁计数器中。这种闪烁液体是一种在射线下能发出荧光的液体,每来一个射线发出一次荧光。由于中微子与构成原子核的质子碰撞时,发出明显的频闪很有特异性,从而证实了中微子的存在。 中微子有极小的质量,不带电荷,自旋为1/2 。有极强的穿透力。主要来自于恒星燃烧的后产物,它广泛存在自然界物质内部和外部空间中。中微子与其它粒子发生的作用非常弱,科学家估计100亿个中微子中只有一个会与物质粒子发生作用,故检测非常困难,有“鬼粒子”之称。 2 , 80年以来,科学家对中微子探测研究的过程中仍有许多谜团。我总结后认为,主要表现在: a , 中微子有没有质量?及质量的大小? b,中微子有否磁矩?中微子的电性?有否反中微子? c,中微子到底有多少种类?有没有重中微子?有没有中微子星? d,中微子的振荡问题,几种中微子是同一种粒子的不同表现还是不同的粒子? e, 中微子在暗物质中占多少比重? f, 宇宙背景中的中微子怎样探测? g,太阳中微子强度有没有周期变化? h,中微子的辐射机制? i,中微子辐射有没有超光速? 3,与本文有关的是探讨中微子的辐射机制与中微子超光速问题。 a, 1987年3月23日格林尼治时间10点35分,在南半球的几个天文台观测到大麦哲伦星云中的一颗编号为SN1987A的超新星爆发。大麦哲伦星云,也叫大麦哲伦星系,离地球16万光年,直径5000光年,恒星数约100亿颗,属银河星系群,它绕银河系运转。 大约在16万年前,地球上的人类还处于从猿人进化为现代人的时期,大麦哲伦星系里的一颗恒星,现在编号为SN1987A,发生超新星爆发,产生的辐射,在16万年以后的1987年2月23日10点35分到达地球。超新星爆发是一个伽马射线源,它的辐射频谱包含了全频段,宇宙射线,超硬伽马射线,伽马射线,X射线,可见光,射电波。奇怪的是,在2月23日7点35分左右,有几个探测器几乎同时捕获到来自该超新星辐射过来的24个中微子,它们比可见光早3个小时到达。 不可思议的是,这24个中微子经过16万年的飞行到达地球的地层下被探测器俘获;如此弱小的粒子,没有电性,质量微小,竟有如此之大的能耐,请仔细想想,可能吗?作为唯物主义者对问题的认识,首先考虑的是中微子的性质与辐射机制问题。中微子几乎不与其它物质粒子发生作用,遇到空间中的其它粒子还得避开,转向而被散射;中微子没有辐射机制,因为它的引力电力的作用极小,它只能随着惯性作直线运动。16万年来,它穿过浩瀚的星际尘埃,星际气体,各种星际云而不发生散射是难以设想的。还有,这颗超新星爆发,会连续不断地辐射中微子,为什么只有在7点35分检测到几颗,后来怎么会检测不到呢!我认为最合理的解释是:比可见光速度更快的高能粒子(宇宙线,伽马射线)提前到达地球,穿过地表发生散射,产生了大量的中微子运动,其中有24个中微子被科学家的探测器俘获。 b,爱因斯坦的狭义相对论建立在光速不变,光传播须要时间的理论基础上。几代科学家曾多次进行光速测量。直到1975年国际大会通过用激光测速法决定的国际标准光速为: 299792458 1 m/s 。然而问题在于测速条件都是一样的,所有的测速都在地球表面大气下层20km以下对可见光的测量。比如,对于大气层外或者对其它电磁波的速度没有测量过,如微波,X射线,当然对伽马射线测速是不可能的。我的思考认为:不同频率的波速可能不同。无线电波,微波,远红外线,可见光,紫外线,X射线,伽马射线都可能有不同的速度。理由之一:有科学家曾测量过高频超声波在水中的速度比普通声波传播的速度快得多。说明波速度不但与媒质的性质有关,而且与波的频率有关。那么,在人类还没有解开电磁场内部物质相互作用的秘密之前,是否可以考虑电磁波的性质与声波有相同的一面呢!理由二:在电视里,我们早就感觉到,在遥远两地的直播对话中,两人说话声音的时间间隔较长,可达1秒左右,与光速每秒可绕地球七圈半的时间比较,我认为射电波的速度可能小于光速。 前段时间,我在网上还与叶波老师讨论过超声波速度的问题,我同意他的在高频下“波动介质变硬说”理论,会使人们更好地理解波速与频率的关系。 电磁波的速度与频率有关的问题,有些实验是可以做的,还是让实验去检验吧。 C,伽马射线暴和它的超光速现象。 伽马射线暴是1967年美国Vela 军事卫星在全球核爆炸检测时无意中发现的一种现象。它是来自天空中某一方向的伽马射线强度在短时间内突然增强,随后又迅速减弱的伽马射线的辐射现象。持续时间 0.1 秒到2 秒称为短暴,2 秒到1000秒称为长暴;通常探测到的伽暴持续时间为0.3秒到30秒。射线波长小于0.1纳米,能量非常高,最大的可与宇宙大爆炸相媲美。伽暴持续时间短,亮度变化复杂而无一定规律。伽暴过后产生余辉,X射线余辉能持续几个星期,可见光余辉和射电余辉可持续几个月到一年。对伽暴数十年的观测,人们对其本质还不很了解,但基本可以确定是宇宙尺度上的恒星级天体新星或超新星的爆发过程。 从伽马射线的观测到X射线和可见光余辉的出现有时间差。从观测光学余辉开始计算,则X射线和伽马射线的速度是超前的,这种现象我认为可以叫做伽马射线的超光速现象。 这种现象可以完满地解释SN1987A的中微子超光速现象的本质问题。有关伽马射线暴现象的形成机制的谜底藏在我的书《宇宙的真谛》里,在此不多阐述。 d,太阳中微子探测分析。 从核反应的物质分析中,科学家估测太阳会产生大量的中微子,这是绝对肯定的,然而检测到的却很少,此为“太阳中微子失踪案”。太阳可以认为是最大功率的“超级强子对撞机”,每秒钟要产生大量的中微子,到哪里去了呢?其实中微子就藏在太阳风里,它是太阳风的主要成分。太阳风的速度只有600km/s到800km/s ,也就是说太阳中微子的速度通常是600到800公里每秒。这些中微子不能穿过地层让科学家的探测器接收到。存在我们身边的中微子那就更不可能了。但是,在太阳活动激烈的时候,那就是黑子耀斑大量出现的时候,发出了强烈的伽马射线,穿过地层,被地面物质散射后,新产生的大量快速运动的中微子中会有一部分中微子被科学家的探测器俘获。科学家可以观察太阳活动周期为11年的记录里发现和总结出来。那平时,太阳表面区域的黑子活动情况是不均匀的,科学家观测到以太阳自转28天为周期的黑子耀斑活动完全可以证明这一点。地球探测器观测到太阳中微子成周期性变化的可能当然成立。 e,2011年9月22日OPERA项目组宣布的“中微子超光速”现象的分析。 OPERA项目的长基线中微子振荡实验偶然发现中微子超光速现象,他们的实验是认真的,慎重的。他们绝不是搞炫耀和恶作剧来迷惑人类。 ① 辐射源。OPERA实验采用的是从欧核中心的大型强子对撞机(LHC)出来的质子与质子的对撞辐射,射线的主要成分是含有重子,轻子的全波段辐射。有强烈的伽马射线,X射线,可见光辐射,也有大量的中微子辐射。使用的辐射脉冲宽度为10 微秒(10000纳秒)。 ② 辐射源通过靶标物质石墨层以后,重子,轻子,伽马射线,X射线,可见光被过滤,散射,同时也产生更加大量的中微子辐射。由于伽马射线对轻物质有很强的穿透力,从石墨层出来依然有可能存在伽马射线,伽马射线虽然不能从地层下到达730 km外的格兰萨索实验室,但初始的伽马射线辐射速度如果超过光速,它推动中微子的初速度可能会超过可见光的光速,惯性运动的中微子,到达732 km的格兰萨索的时间有可能比可见光走完732 km所需要的时间短。但在 730 km里程里,这个效应是微弱的,稍有差错则达不到效果。 ③ 测量误差问题。前面提到的科学家对本次实验的“两地时间的同步问题”,“两地距离测量的精度问题”,我相信OPERA会考虑这个问题。另外我想说两个问题。 首先,辐射脉冲的宽度1万纳秒与中微子快了6 纳秒比较,差距太大,容易造成计时误差,应尽量采用窄脉冲。但太窄会导致辐射功率太小,以致于接收端捕获不到中微子。更合适的,可能采用宽脉冲,如10 毫秒(1000万纳秒),从脉冲前沿开始到第一个中微子接收到为止,这一时段作为中微子传播计时时间。 其次,认为实验失误系电脑与GPS光缆连接松动的说法,可能是一个托词,是不可信的。而计算机与GPS通讯线路的延时才是个问题。现代速度最快的超级计算机理论上快接近光速,如NEC地球仿真器超级计算机达到每秒3.586×10^13 次,Columbia 超级计算机达到每秒5.187×10^13 次。实际它们是由很多CPU叠加起来的。计算机的逻辑电路(与门电路,或门电路)经过多少个PN 结无法计算,它们都是粒子在运动,它们的速度都要受光速约束的,所以,实验两端尽量简化和少使用计算机系统,希望OPERA在实验时考虑到。计时方法我认为:在罗马的OPERA准备好4个铯原子钟,以欧洲时间(比格林尼治时间早1小时)绝对同步好以后,拿两个到日内瓦的欧核中心(CERN),作为发射端和接收端的标准计时器,发射端以一定的时间间隔正点发射中微子脉冲信号。去掉GPS系统。 ④ 实验方面的建议。我认为在同一地点,相同的设备,采用不同的实验方法和不同的辐射脉冲宽度进行实验作比较是一个好的方法。第一,在发射端,在散射体石墨靶标的前方加装厚度0.3 m到1m的铅容器,用于过滤伽马射线。接收端的灵敏度可能要作相应的调整。第二,在发射端使用不同的辐射源作试验,除了质子源外,还可以试用强X射线源,X射线散射也会产生大量的中微子。用于比较它们的速度。 四, 结论 根据上述讨论,我认为可以得出如下结论,以供参考: 1, 1987年探测到的SN1987A超新星辐射的中微子超光速现象是一个假象。其实是高能伽马光子穿过地球表层物质引起的散射,产生了大量的中微子辐射,其中有24个中微子被探测器捕获。伽马光子比可见光的速度快。 2,OPERA实验,如果能观测到中微子超光速现象,也能证明伽马射线的速度超过可见光速度。 3,中微子极小,虽然没有辐射机制,但扩散性极强。中微子的运动只是在无阻挡的空间里作惯性运动。中微子的运动速度取决于与它作用的粒子的速度。 OPERA实验是伟大的,它可能给人类的思维有新的启发。愿OPERA的实验成功。 |