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1、现代物理学建立在相对论和量子论两大支柱之上，而相对论的基本假设之一，就是光速不 可超越。如果发现了超光速现象，一百多年来人们深信不疑的相对论将受到严重挑战，也 使科幻小说中的星际旅行和时间穿越成为可能。超光速的八卦新闻以前也时有耳闻，但是这一次，由于欧洲核子研究中心在科学研究 中的权威地位和中微子的特殊性，还是在科学界和公众中引起了轰动。光速不变假设是怎么来的？运动员在推铅球的时候，会先向前滑步，再奋力将铅球推出。身体滑步的速度，加上 铅球相对于身体的速度，使铅球的出手速度更快，推得更远。在机场的输送带上行走，比 在地面上行走更快。这些日常的经验告诉我们，速度是可以叠加的。那么，站在输送带上向
2、前照射的光，是不是也比地面上的光快呢？十九世纪的人们就 是这样认为的。1887 年，两个美国人迈克尔逊和莫雷想利用这个速度叠加原理测出地球运 动的速度。沿着地球运动方向的光，应该比垂直方向的光快。可是结果却令人惊讶，不管 他们怎么转动仪器，都没有发现两个方向的光速有什么不同。人们花了二十年的时间来解释迈克尔逊和莫雷的实验。1905 年，爱因斯坦假定相对性 原理和光速不变原理，推出了著名的相对论。相对性原理，就是在匀速前进的机场输送带 上，所有的物理规律都跟站在地面上时一样。光速不变原理，就是在输送带上发出的光， 速度跟在地面上发出的光是一样的，不会因为输送带在向前走而变得更快，它是一个固定 的
3、值，也是宇宙中的最高速度。光速不变会带来什么结果？相对论的公式看起来非常简单，可是对时间和空间的理解，却是一场革命，与日常经 验相差很远，也导致了很多奇妙的结果。首先是时间和空间不再独立。你的手表跟我的手表，看到的不是同一个时间。运动得 越快，时间走得越慢。另外一个效应是空间会缩短。坐着高速飞船经过地球的话，会发现 地球在运动方向上被压缩了，变成了一个扁球。速度越快，扁得越厉害，甚至看上去像一 个薄饼。在相对论规律成立的宇宙里，星际旅行存在一种奇异的理论上的可能性。假如我们要 去一个 1000 光年外的星球，站在地球上看，即使飞船的速度非常接近光速，也需要 1000 年，看上去似乎宇航员不可能
4、在 100 年的寿命内到达。但实际上，宇航员的时间会变慢， 如果他以 0.9999 倍光速飞行，地球上的 1000 年，对他来说只有 14 年。不能不佩服中国古 人“天上一日，地下一年”的奇思妙想，竟然与现代科学如此一致。换一个角度，站在这 个飞船上看，飞船是不动的，目标星球在向飞船飞来。由于飞船不动，因此时间没有变慢， 不过距离被压缩变短了。1000 光年的距离，变成了 14 光年，这样，不管是站在地球上看， 还是站在飞船上看，用宇航员的时间来衡量，都是 14 年飞到。虽然星际旅行存在这种理论上的可能性，但如果一个宇航员去外星走了一趟，回来发现沧海桑田，2000 年已经过去了，人非物也非，有
5、谁会愿意吗？相对论已经被无数实验证实相对论的这些奇怪结果，只有速度接近光速时才显露出来，对日常生活是没什么影响 的。但也不是完全没有。相对论最有名的推论就是质能关系 E=mc2。由于光速是一个很大 的数，它揭示了质量中蕴藏着巨大能量。原子弹和核电站就是基于这个原理，将一小部分 质量转化为能量。现在 GPS 走进了千家万户。GPS 的定位信号来自天上的 24 颗 GPS 卫星。由于卫星在 绕地球高速飞行，它的时间会比在地球上慢，如果不做相对论修正，一天之后定位就会差 好几公里。不过更大的修正来自广义相对论中地球引力的修正。一百多年来，相对论得到了无穷多次的精确检验。除了很多专门的检验实验，实验室 中的“日常”现象也都在验证着。比如在高能物理的加速器中，电子或质子的能量被加速 得很高，但速度只能接近光速。在北京正负电子对撞机中，电子被加速到光速的 99.999997%， 每秒钟在 240 米的加速环中转 1 百万圈。只要相对论稍有差池，我们就无法控制这样精密 的加速过程。正因为如此，不少知名科学家包括诺贝尔奖获得者，都斩钉截铁地说，肯定是 OPERA 实验错了。的确，OPERA 实验的测量难度很大，只有这样一个结果是很难让人相信的。不 过，由于中微子的特殊性，还是有很多科学家假定 OPERA 实验是正确的，并饶有兴味地 考虑各种可能的解释。
