人們對于速度低于光速的物質(zhì)粒子了解甚多，而對速度高于光速的物質(zhì)粒子—-快子卻知之甚少。人們通過對狹義相對論的進一步研究發(fā)現(xiàn)，速度原本就超過光速的快子的存在并不違背狹義相對論，但到目前人們對快子的特性并不清楚，也不知道為什么不能發(fā)現(xiàn)快子。

簡介

愛因斯坦于1905年發(fā)表狹義相對論稱，在真空環(huán)境中，宇宙中沒有任何物質(zhì)的運動速度可以超過光速。這已經(jīng)成為人們理解宇宙和時間的理論依據(jù)，同時也是現(xiàn)代物理的理論基礎(chǔ)之一。

但是歐洲粒子物理研究所的研究人員于2011年9月宣布，他們發(fā)現(xiàn)了一種中微子，其速度達到了299798454米/秒，而光速僅有299792458米/秒。一旦得到驗證，這將是一次“革命性的發(fā)現(xiàn)”。

研究

文學中的超光速

法國天文學家弗拉馬利翁曾寫過一本科學幻想小說，書中描述了一位以大于光速運動的主人翁在宇宙空間旅行，碰到了一系列不可思議的奇跡：如發(fā)射的炮彈倒飛回炮口里，死去的人又復活了等等。當時愛因斯坦對這本書極為不滿意，愛因斯坦認為超光速的情況是不可能的。如果一個人以超光速運動，他將會返老還童，甚至返回到母腹子宮內(nèi)，超光速完全是無稽之談。

宇宙中的超光速

愛因斯坦在相對論中提出，光速是宇宙中最高的速度，現(xiàn)代物理學里很多內(nèi)容都是建立在這個理論上?？茖W家在精確測量光速方面做了無數(shù)次的實驗，但還從未發(fā)現(xiàn)過任何微粒運動速度可以超過光速。

二十世紀五、六十年代之前，就人們所認識的限度而言，愛因斯坦的觀點應(yīng)該是正確的：超光速是不可能的。

科學家假想的超光速

二十世紀七十年代前后，射電天文學家發(fā)現(xiàn)，宇宙中有4個致密的河外類星體射電源。河外射電星體有時會拋出一、兩對射電星云——射電子源，這似乎是一次猛烈爆炸引起的，它們彼此高速分離，其中大約有半數(shù)出現(xiàn)超光速運動，甚至達到光速的5倍至10倍。

這些難以解釋的現(xiàn)象有些使科學家們膽怯，生怕被不精確的測量所愚弄?？擅绹臀鞯碌囊恍┛茖W家經(jīng)過十多年的認真觀測，積累了足夠多的數(shù)據(jù)，令人信服地證實他們的觀測是真實的。這就是說，超光速粒子在茫茫宇宙中是客觀存在的。面對這種出乎意料的結(jié)果，眾說紛紜，各種猜測，假說應(yīng)運而生。

近代超光速粒子理論首先由Bilaniuk等三位美國科學家在1962年提出。他們在《美國物理雜志》上發(fā)表論文建議：在狹義相對論的框架內(nèi)可以允許超光速粒子，可是需要增加了一條新假設(shè)。后來有人把超光速粒子稱為快子（tachyon。由于他們的新假設(shè)帶來了無限負能量的問題，所以這些研究沒有得到重視。

狹義相對論中的空間和時間坐標是洛倫茲變換。按照這個變換，一旦有超光速粒子，那么在另一個運動參考系上觀察這個超光速粒子時，它的時間可能倒演。這是狹義相對論不允許超光速粒子的主要理由。

張操研究了另外一種空間和時間坐標變換“推廣的伽利略變換”，簡稱（GGT）。按照GGT，在不同的運動參考系，同時性是絕對的。也就是說，在不同的運動參考系，超光速粒子運動時間都是正向的。

推廣伽利略變換的時間相當于物理學中的格林威治時間。當采用這種時間定義時，具有二個明顯優(yōu)點：其一，不會產(chǎn)生"時鐘佯謬"的邏輯矛盾；其二，當采用推廣的伽利略變換中的時間定義時，任何慣性參考系觀測到快子的運動，其時間箭頭都是正向的。這樣，就克服了超光速理論中時間倒演的困難。

最新發(fā)現(xiàn)

2011年9月，歐洲科學家科學家宣布發(fā)現(xiàn)一種運動速度比光速還快的亞原子微粒。如果這個結(jié)果得到證實，現(xiàn)代物理學的基石將被撼動。

科學家發(fā)現(xiàn)超光速粒子

2011年9月23日，在歐洲核子研究中心（CERN），科學家們發(fā)現(xiàn)了意料之外的現(xiàn)象：被送往732公里之外Gran?Sasso實驗室的中微子們比光速快了60納秒到達。用更大的數(shù)字來表示，就是光速299,792,458m/s，而他們在實驗中檢測到中微子速度是299,799,953m/s。

這一數(shù)值的實驗誤差是10納秒，換言之，基本上比光速快是沒錯的！雖然只是0.0025%的區(qū)別，但這一挑戰(zhàn)狹義相對論光速不變原理基石的發(fā)現(xiàn)一旦得到證實，將會給物理學界帶來巨大的變化。

突破光速不是兒戲，科學家們慎之又慎的反復測驗。研究發(fā)言人Antonio?Ereditato博士表示他們已經(jīng)反復檢驗過數(shù)據(jù)和設(shè)備，但就是無法發(fā)現(xiàn)有什么錯誤，只好選擇將這一結(jié)果公開，期待得到更多研究機構(gòu)的重復實驗和驗證，以其最終得知這究竟是不是一個事實。

盡管以一般的實驗準則來說，他們的數(shù)據(jù)早已足夠堅實。Antonio?Ereditato博士說，為了檢驗μ中微子與τ中微子的轉(zhuǎn)換，他們在三年的時間中總共進行了一萬五千次中微子發(fā)射，而每一次的結(jié)果都指向同一事實：這些中微子，就是要比光速快。

愛因斯坦理論中最廣為人知的說法之一就是“光速無法超越”，這也確實是現(xiàn)代物理中最基本的基礎(chǔ)之一。然而，這次不知道愛氏理論是否仍然能夠堅而不破。

實驗

歐洲粒子物理研究所研究人員為了檢驗μ中微子與τ中微子的轉(zhuǎn)換，他們在三年的時間中總共進行了一萬五千次中微子發(fā)射，而每一次的結(jié)果都指向同一事實：這些中微子就是要比光速快。

日本的T2K研究組和美國芝加哥的MINOS研究室都已經(jīng)受邀驗證這一實驗。其中MINOS實驗室曾在2007年宣布發(fā)現(xiàn)了超光速中微子，但直至現(xiàn)在仍未公布驗證結(jié)果。