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张操：相对论可以被超越，但“过去”仍回不去
核心提示
针对欧洲中微子实验出现的超光速现象，全球多个知名实验室都在积极筹备重复这一实验，以期验证前者的真实性。
如果中微子最终被证实是超光速粒子，那么是不是意味着爱因斯坦的相对论不再适用？或者需要做出相应的修正？进一步说，光速一旦被超越，人类对于“时光倒流”的梦想，是否终有一天能够成为现实？
制图／董昌秋
把光速定为速度极限是不妥当的“一刀切”
辽宁日报：欧洲的中微子实验结果是中微子超光速，让人们把焦点再次集中到中微子身上，那么这个微小粒子有什么特性？
张操：1956年，李政道和杨振宁发现：在中微子参与的弱相互作用的所有实验中，宇称不守恒（即互为镜像的物质如粒子和反粒子的运动存在不对称）。这些创新理论很快得到实验证明，于是李政道和杨振宁在1957年获得诺贝尔物理学奖。
辽宁日报：您在上世纪80年代就提出“中微子可能是超光速粒子”的论断，是基于什么？
张操：为了解释著名的宇称不守恒的实验事实，我已经提出了二分量的中微子理论。中微子都是左旋的，而反中微子是右旋的，这意味着，在任意参考系的观测者的运动速度都小于中微子，否则，中微子的自旋方向会反向。也就是说，中微子必须是以光速或者超光速运动的粒子。这是我的一个重要证据。
辽宁日报：根据相对论，许多科学家认为真空光速c是不可超的：如果给粒子或宇宙飞船不断地供应能量，被加速物体的质量就会增大，使得加速变得更困难，要想把一个粒子加速到光速是不可能的，因为那需要无限大的能量。中微子如果超光速不符合这种情况吗？
张操：我认为中微子并不是通过加速产生的，它在相互作用中一旦产生就可能是超光速粒子。
辽宁日报：那么它的“质量”问题如何考虑，它也是有质量的，尽管微小？
张操：一般粒子如电子的静止质量就是其固有质量，但是中微子具有非常微小的固有质量，却不能称为静止质量，因为它是超光速运行的，它“静”不下来，而且由于太快了，其动量的平方大于能量的平方，这已被实验所测得。
辽宁日报：如果重复实验得到与9月份实验相同的结果，即中微子真的超光速运行了，爱因斯坦的相对论是不是不成立了？
张操：狭义相对论在一定范围内是个正确的理论，可是不能把它的结论无限推广。狭义相对论服从电磁相互作用的规律，事实上，没有强有力的证据显示狭义相对论也适用于其它三种基本相互作用（引力相互作用、弱相互作用和强相互作用）。没有人测量过引力的速度；在弱相互作用中，中微子可能是一种超光速粒子。狭义相对论把光速规定为一切物质运动速度的极限，这种“一刀切”是不妥当的。
光速一旦被超越狭义相对论就得修正
辽宁日报：对欧洲中微子实验的超光速的理论（模型）解释有哪些？
李学潜：有很多种猜测和理论文章。否定这个结果的如诺贝尔奖得主Glashow，他的论据是如果mu中微子是超光速到探测器，尽管它是中性的，也应该伴随有切伦科夫型的辐射，而未被看到；也有许多理论家接受超光速的结果并尝试着去解释它，相关文章有关于CPT破坏、洛伦兹结构破坏、快子（tachyon）理论、新量子效应、超维时空（即存在新的时空维度，如霍金等提出的膜宇宙）、时空分立（不连续）、黑洞、泡沫宇宙结构等，这种争论和研究是健康的，有益的，虽然它们极可能是错的，但会促进我们进一步研究，达到对自然界认识的新高度。
辽宁日报：这些理论本身目前并不完善？
李学潜：是的，这些理论本身还未被实验证明是正确的，所以也很难给中微子超光速这个结果以正确的解释。但如果某个理论得到了新实验的支持，成为新理论，那么它就是有可能成为和相对论、量子论那样划时代的成果，从而可以解释可能存在的中微子超光速。
辽宁日报：一旦测中微子速度的重复性实验证明中微子超光速，那么是否目前许多物理规律将面临“考验”？
李学潜：那样的话，很多基本的物理规律就要修改。首先就是狭义相对论的时间-空间，能量-动量的关系式，也就是说要把相对论所依据的时空坐标——洛伦兹变换作为更基本理论的低能近似，就像当年牛顿力学中的“伽利略变换”是相对论的低速近似一样。
辽宁日报：这是否就是我们对自然的一个科学探索过程、一个物理学发展的契机？
李学潜：物理学是人们对客观自然规律的认识，随着对自然界了解得更深入，我们在不断更新和深化理论。物理不像数学，它没有公理，我们对自然的所有理论都是近似的，是在不断完善的，但永远也达不到所谓的 “终极理论”。 20世纪和21世纪物理学的发展证明了这一朴素的真理。相对论和量子论诞生的历史表明，当我们认识到在一个违反我们已有的、而且几乎是金科玉律的观念的实验事实出现时，一个科学史上的革命可能开始了。另一方面，物理学归根结底是实验科学，我们一切理论是从实验观测开始，经过艰苦努力上升到理论，然而更重要的一步是要回到实验中去经受考验。如果，新理论的预言和新实验结果吻合，我们可以说这个理论可能是对的，但如果和观测数据相违背，那这个理论就一定不对，至少不完全对，需要抛弃或修正。对新的实验观测结果，我们要非常慎重，但另一方面也应该大胆些，勇于提出新的看法。如果一直畏缩不前，就可能丧失机会。这样的例子真是不胜枚举。
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