“光障”擋不住人類前進的腳步
——紀念第242次香山科學會議召開10周年

黃志洵

(中國傳媒大學信息工程學院，北京100024)

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“光障”擋不住人類前進的腳步
——紀念第242次香山科學會議召開10周年

黃志洵

(中國傳媒大學信息工程學院，北京100024)

第242次香山科學會議的主題是“宇航科學前沿與光障問題”。如所周知A.Einstein于1905年斷言“超光速沒有存在的可能”，后人稱為“光障”。但在這次會議上宋健院士指出，該說法僅是假設，因為超光速運動不能完全觀測，在什么也看不見的地方只能是猜測或假說?，F(xiàn)在把太陽系內(nèi)飛行稱為航天，系外飛行稱作宇航。估計在本世紀將有第一批宇航員飛出太陽系并安全返回，而飛出太陽系是人類的偉大理想。但這有許多理論與技術(shù)問題需要解決。所以必須加大航行速度，應達到光速，可能的話應為超光速。

本文回顧了10年前召開的第242次香山科學會議的成就，探討了2003～2013年間的超光速研究工作。首先對“光障”和“聲障”作了比較研究，認為可壓縮流體力學可用在超光速研究中，空氣動力學發(fā)展對突破光障有參考作用。其次討論了信息速度問題，指出近10年來負群速(NGV)已在許多科學實驗中發(fā)現(xiàn)，而NGV是超光速的一種形式。眾多群速超光速實驗是很大的成績，從波粒二象性角度看就有可能發(fā)現(xiàn)以超光速運動的奇異電子。故可考慮改裝加速器，使粒子在通過某種勢壘后能量減小從而速度加快(v>c區(qū)域的規(guī)律)。這類似于使用Laval管突破聲障的方法。……本文還討論了Alcubierre曲速引擎的改變空時以實現(xiàn)超光速宇航方案，雖只是假說，但美國《時代》周刊已于2012年9月19日報道說：“美國航天局著手研究超光速曲速引擎”。因此，重要之點在于NASA已認可超光速宇宙航行。

根據(jù)10年來超光速研究的發(fā)展，認為新學科“超光速物理”的建立已是既成事實。最后進一步討論了真空中光速c的定義及光速恒定性問題。

香山科學會議；光障；超光速宇航；超光速物理；曲速引擎

1 引言

1905年A.Einstein[1]在其論文中寫道：“velocities greater than that of light have no possibility of existence”；這一判斷的物理含意是物質(zhì)的運動、能量的輸送、信息的傳遞，其速度均不可能超過真空中光速c，因而后人將這一限制稱為“光障”(light barrier)。近年來在國際上以及我們國內(nèi)卻開展了超光速研究[2]，10年前還成為中國北京香山科學會議的議題，這就引起了人們的關(guān)注。大家知道，香山科學會議是由國家科技部(原國家科委)發(fā)起，在科技部和中國科學院支持下于1993年創(chuàng)辦，得到中國工程院、教育部等部門的支持和資助，而逐步開展工作的。它以探索科學前沿、促進知識創(chuàng)新為主要目標，是高層次、跨學科、小規(guī)模的常設性學術(shù)會議。其議題集中，前瞻性強，人員檔次較高(多數(shù)為教授、研究員、院士)，因而受到各方面的重視。

2004年11月26日～28日在北京香山飯店召開了第242次香山科學會議，由北京前沿科學研究所主辦，《現(xiàn)代基礎(chǔ)科學發(fā)展論壇》協(xié)辦。會議主題是“宇航科學前沿與光障問題”(Frontier Issues on Astronautics and Light Barrier)。與會專家學者約50人(內(nèi)院士9人)；會議執(zhí)行主席為：宋健院士、陳佳洱院士、王越院士。會議籌備期長達14個月，林金研究員、畢大川研究員和筆者受邀參加籌備工作。為了確定會議的指導思想，宋院士在會議前的一年內(nèi)召開了3次小型科學家座談會，如此認真實屬罕見。中心議題有兩個：①宇航科學前沿與光的傳播；②宇宙學與宇航。主題評述報告為“航天、宇航和光障”(宋健)。中心議題報告有5個：①宇航中時間的定義與測量機制和超光速運動(林金)；②超光速研究的40年——回顧與展望(黃志洵)；③暗能量、重力和時空(余燊)；④萬有引力速度，廣義相對論之精密測量及宇航應用(王力軍)；⑤強子物體內(nèi)的超光速可能性和量子引力問題(V.Sabbata)。此外，有15位專家學者作了學術(shù)報告。中國傳媒大學向全體代表贈送了黃志洵的新作《超光速研究的理論與實驗》(科學出版社)。

與會代表對這次會議感到振奮。例如，著名電磁理論專家宋文淼研究員于2005年在學術(shù)刊物上撰文回憶說，該會議“是在科學發(fā)展的重要時刻探討關(guān)鍵問題的一次重要會議，標志著中國科學家對重大科學問題的參與，具有歷史里程碑的意義。”又如，宋健和林金等航天專家對超光速研究的介入，使我們深受啟發(fā)，促使筆者思考了許多問題，寫出了新的文章。

從第242次香山科學會議至今，已過去了10年。雖然在一篇文章中不可能對會議本身和會后10年來的研究工作給出全面總結(jié)；本文仍將努力描繪當時和后來的情況，盡可能介紹中國科學家們的有關(guān)工作，并在此基礎(chǔ)上就超光速問題闡述筆者的觀點。

2 中國科學家論超光速

第242次香山科學會議(以下簡稱“會議”)為中國科學家提供了一個展示超光速學術(shù)觀點的平臺，這里略述其中幾個報告的內(nèi)容。主場報告是“航天、宇航和光障”[3]。宋健首先介紹了世界范圍內(nèi)航天、宇航事業(yè)的發(fā)展及成就，論述了尋找地外生命的問題。他認為：生命的出現(xiàn)是大自然規(guī)律決定的，在任何適宜的環(huán)境中，只要時間足夠長(地球上是5—10億年)，必然會出現(xiàn)生命。所以，找液態(tài)水是今后相當長時期內(nèi)航天深空探測的目標?！舾赡旰?，如果在火星上、木衛(wèi)2和土衛(wèi)6上都找不到生命存在的證據(jù)，人們的注意力必然轉(zhuǎn)向太陽系以外的探測。2004年7月初美國太空探測研究所宣布，僅哈勃空間望遠鏡就單獨發(fā)現(xiàn)了100多個太陽系外可能的新行星，使已發(fā)現(xiàn)的行星總數(shù)上升到220多個。

1961年4月前蘇聯(lián)的第一次太空飛行，標志著載人航天時代的開始。但當時達到的飛行速度只有每秒十余公里，大致在第一、第二和第三宇宙速度范圍內(nèi)(7.91km/s，11.18km/s和16.63km/s)。用化學燃料火箭、多極火箭、原子火箭，難以達到每秒數(shù)千公里。這在太陽系內(nèi)飛行是可以的。例如美國航天局(NASA)和歐洲航天局(ESA)聯(lián)合制造的卡西尼—惠更斯飛船1997年10月15日發(fā)射后，于2004年7月1日進入環(huán)土星軌道，總航程3.5×109km，平均速度為第三宇宙速度16.5km/s。即使平均速度能提高2個數(shù)量級，達到3000km/s，要飛到半人馬座α和β需要440年。所以要進入銀河系必須加大航行速度，直到接近光速，如果可能的話應超過光速。

Einstein的名言：“不可能存在任何大于光速的運動”，現(xiàn)在被稱為“光障”。航天技術(shù)的發(fā)展迫使人們細察和反思，為什么飛船不能超過光速。對Einstein的著作，應該區(qū)別哪些是它的核心理論，哪些是帶有假說性的外推。在設定的范圍內(nèi)(v

宋健認為，20世紀下半葉至今，很多物理學家繼續(xù)研究存在超光速運動的可能性。但是，從早期的虛質(zhì)量、快子，到改變空間尺度、超光速傳播、負質(zhì)量等努力都沒能繞過β=v/c=1這個奇點。從技術(shù)科學來看“光障”，這個奇點的產(chǎn)生不是來自數(shù)學，而是來自以光學和電磁波手段測距的技術(shù)基礎(chǔ)。用光學或雷達往返信號時間間隔之半去定義距離，用這種技術(shù)，由于光速的有限性，根本看不到運動速度等于和大于c的目標，所以它不可能成為研究和發(fā)展超高速宇航的基礎(chǔ)。

SR公式的適用范圍只在vc向地面飛來，地面將看到一條反轉(zhuǎn)的軌跡，晚發(fā)出(或反射)的信號早收到，有如離我而去。所以從技術(shù)實際來說用電磁波不能完全地觀測超光速運動。在什么也看不見的地方，或者無法取得任何信息的領(lǐng)域去討論它是什么樣子，只能是猜測或假說。所以，“光障”只是猜測，不能把這當作“科學定律”，因為沒有試驗根據(jù)。無論如何，我們看不見它不能成為不存在的證據(jù)。

電磁波傳播速度的有限性也限制了超光速雙向宇航通訊的可能性。地面站用電磁波無法向以接近或超過光速c運動的飛船發(fā)出指令或建議。航天技術(shù)呼喚實驗物理學家們尋找傳播速度大于c的信號源，只要能找到這種新的信號源，以光速或超光速作宇宙航行的可能性就會大為增長。

航天技術(shù)現(xiàn)在能達的飛行速度是每秒數(shù)十公里，遠小于c(0.001c)，所以關(guān)于火箭推力、軌道計算和實驗都以Newton力學為基礎(chǔ)。有人曾用相對論力學計算過接近光速的飛行速度，并沒有引起航天界的注意，都覺得離現(xiàn)實太遠，那是遙遠未來的事。如果從40年航天技術(shù)實踐反過來檢查SR的計算結(jié)果，就會發(fā)現(xiàn)即使在遠低于光速的情況下，自主導航的工程實踐與SR動力學的結(jié)構(gòu)也發(fā)生某些沖突。例如，發(fā)動機推力依賴其慣性速度的現(xiàn)象就從未發(fā)現(xiàn)過。

半個多世紀的航天技術(shù)實踐都證明至少在第三宇宙速度(v3=16.6km/s)左右，齊奧爾科夫斯基公式是足夠準確的，從未發(fā)現(xiàn)過推力依賴于速度的情況，無論是飛船上和火箭上用加速表自主測量和地面光測、雷測都證明了這一點。人們常說，只有v接近c時才會發(fā)生。那也要有實驗證明才能作為解決技術(shù)問題的基礎(chǔ)。所以利用狹義相對論動力學公式去計算航天器飛行速度要十分謹慎。……

宋健報告的重點在于，認為飛出太陽系是人類偉大的理想。要飛出太陽系面臨很多理論和技術(shù)問題，要一步一步解決?？茖W界已開始考慮和工作。若干年后，將會有第一批宇航員飛出太陽系并安全返回，那將是一個新的宇航時代的開始?！傊?，他的報告大氣磅礴，既充滿激情又腳踏實地，10年后重讀之仍令人激動。最后他回顧了人類突破聲障實現(xiàn)超聲速飛行的歷史，期待在光障問題上也有類似前景。在報告中他提到，近年來很多學者對超光速存在的可能性進行了大量研究，許多結(jié)果令人鼓舞。中國科學家在超光速及相關(guān)問題上也取得了進展。例如，2000年王力軍等率先在光頻以量子光學實驗實現(xiàn)了超光速群速和負群速；北京大學陳徐宗等在光頻以實驗實現(xiàn)了超慢光速和負群速；北京廣播學院黃志洵、逯貴禎等在短波以實驗實現(xiàn)了模擬光子晶體結(jié)構(gòu)中的超光速群速。這些進展體現(xiàn)了中國科學家的創(chuàng)新精神和努力，是非?？上驳?。

中國運載火箭技術(shù)研究院林金研究員是衛(wèi)星導航與慣性導航專家、國際宇航科學院院士；他在作報告時說[4]：火箭自主慣性導航理論模型發(fā)人深省之處在于：一個運動質(zhì)點自己可以測量自己相對一個給定慣性系的加速度、速度和位置，作為運動質(zhì)點上自帶的鐘固有時間的函數(shù)。原理上無需與外界交換信息，可以不存在任何信號傳遞的速度問題。自主的純慣性導航系統(tǒng)是基于引力場的基本性質(zhì)；即使沒有光和電磁場，純慣性系統(tǒng)照樣工作，照常自主定位、自主測速。那么在一個只有引力場而無電磁場的世界中，為何每秒30萬公里會成為速度的極限？……只要開發(fā)出新型動力源，宇宙飛船航行速度不存在上限，未來的載人宇航理論上沒有限制”?！谶@里還要指出，到2010年林金[5]更深刻地對超光速宇航可能性作了論述。他指出，Einstein早年的理論是對今天慣性導航原理的描述，而后者只用一只鐘的固有時間，完全自主，無需發(fā)射或接收光(電磁)信號與外界聯(lián)系。飛船相對慣性坐標系作加速飛行，只要積分時間夠長，飛船相對慣性系的速度可以超過c。3×108m/s被9.8m/s2除，得到354天，亦即大約一年后飛船速度超過3×108m/s。也就是說，宇航員只看慣性儀表指示即可作超光速宇航。

中國傳媒大學黃志洵教授的報告講了以下幾方面內(nèi)容[2]：Einstein為何認定有“光障”存在；超光速研究的3個階段；不越出SR框架的超光速研究；幾類不同的超光速問題；關(guān)于負波速；Proca電磁理論中的波速度；關(guān)于引力速度。他認為幾十年研究已證明超光速可以實現(xiàn)，但還處在初步階段。

首都師范大學物理系耿天明教授在報告中說[6]，一個由真空的電磁特性常數(shù)ε0和μ0決定的電磁作用傳遞速度c=(ε0μ0)-1/2為什么可以操控其他所有作用的傳遞快慢？這是難于理解的。電磁場其實是一種特殊的現(xiàn)象，它不具有普遍性。自然界存在各種類型的作用，在形式上有力、勢、關(guān)聯(lián)或糾纏，在途徑上有通過媒介的和直接超距的；在傳遞速度上有光速和超光速的。例如電磁場理論是針對電磁作用而言的，并不涉及引力作用，因此，本該和Newton引力論各司其事，并行發(fā)展。但相對論的出現(xiàn)打破了二者并行不悖的局面。狹義相對論雖不涉及引力問題，但Einstein稱光速c是一切物理作用和信息的傳遞速度之最高極限，不得違反，并將此“戒律”作為一條原則(常被稱為光速極限原則或定域性原則)，去判別一個物理事件或過程能否發(fā)生，這就不對了。自然界原本是豐富多彩的，所以對它的理論描述和解釋不能過分簡單化。

西北工業(yè)大學航空學院楊新鐵教授是空氣動力學家，他在題為“突破光障”的報告中說[7]，空氣動力學發(fā)展的早期遇到的困難和探討超光速問題遇到的困難相類似。考慮亞聲速情況下流動的性質(zhì)，按照小擾動理論，對于縮口管道流動來說，如果把相對靜止時的質(zhì)量密度看成是ρ0，那么相對速度為β時的質(zhì)量密度就增長為：

(1)

式中ρ=v/c，即Mach數(shù)(在航空界用M)，現(xiàn)在c不是光速而是聲速。這個關(guān)系和相對論力學中的質(zhì)速關(guān)系完全一樣；后者為

(2)

在其他學術(shù)報告中，北京師范大學天文系曹盛林教授從Finsler幾何角度分析了超光速可能性等問題[8]；北京大學陳徐宗教授介紹了課題組在光頻完成的負群速實驗[9]；中國傳媒大學逯貴禎教授介紹了課題組在短波完成的同軸光子晶體群速超光速實驗[10]；首都師范大學物理系沈京玲教授介紹了英國科學家在太赫波段利用消失波(微型截止波導和雙三棱鏡)完成的超光速實驗[11]；北京石油化工學院董晉曦教授詳細論述了SR理論中光速不變原理存在的問題[12]?！@些報告都給人耳目一新之感。

3 “突破光障”與“突破聲障”的比較研究

對會議的回憶到此為止，以下將論述超光速研究的發(fā)展，并提出筆者的觀點。首先用比較研究法討論“突破光障”與“突破聲障”。如所周知，聲學和光學是兩門不同的學科。聲波是聲源在媒質(zhì)中引起質(zhì)點在平衡位置振動造成的，是機械波，在真空中不能傳播。光波是電磁波，在真空中可以傳播。聲速和光速的差別非常大，接近6個數(shù)量級——空氣中聲速c=344m/s(20℃時)；真空中光速c=299792458m/s，在媒質(zhì)中光速為c/n(n是折射率)。兩個方面似乎缺乏可比性。然而，無論聲波或光波，波速均等于波長與頻率的乘積，與波的強度無關(guān)。在“波動光學”與“波動聲學”中，波的行為有相似的規(guī)律[13]；在反射、透射、衍射和散射方面界面上的狀況如此接近，甚至近年來的熱門研究課題“負折射”(negative refraction)，可以在相距遙遠的波段(超聲波與可見光)做非常類似的實驗，得到幾乎一致的物理現(xiàn)象。我們都知道在微波有金屬壁管子做成的波導(waveguide)；在光頻有介質(zhì)光波導(optical waveguide)，即光纖；而在聲頻也有聲波導(acoustic waveguide)。其傳播規(guī)律是：橫截面上不同的模式有不同的聲場分布，每個模有自己的截止頻率(cutoff frequency)，只有高于它(f>fc)的聲波才能傳播。低于截頻(f

18世紀時數(shù)學家L.Euler在論文“論聲音的傳播”中給出了3維波方程

(3)

(4)

(5)

(6)

理想流體的可壓縮流有多種解法，其中之一是擾動線化法。參考直勻流的情況，規(guī)定來流的流速為v∞，聲速為c∞，Mach數(shù)為M∞；那么位(勢)壘方程經(jīng)處理和線化后，在2維流動條件下可得

(7)

所謂聲障是指飛行器的速度曾長時間在亞音速(M<1)的水平上徘徊，以聲速(M=1)飛行的企圖遇到了實在的困難。早期的飛機速度慢，按不可壓縮流體處理空氣動力學問題便可滿足要求。當M≥0.4，可壓縮效應漸顯，接近聲速(M→1)時機頭前空氣密度急劇增大。當M=1，流體中的擾動相對于飛機已不傳播，而是集中形成波面；機頭與前面空氣相遇時強烈壓縮，密度劇增形成無形的墻(激波)，造成的阻力稱為波阻。它消耗發(fā)動機功率約75%，帶來很大困難。這時需要發(fā)展“近聲速空氣動力學”和“超聲速空氣動力學”。

錢學森和T.von Kármán在30年代最早提出了高超聲速流的概念，為飛機克服聲障提供了理論依據(jù)。他們的理論應用于高亞聲速飛機的設計；實際上是在亞聲速區(qū)域內(nèi)把小擾動理論向非線性有所推進，雖然不能用于超聲速問題的計算，但避免了奇點——在v=c時不會出現(xiàn)無限大質(zhì)量密度。實際上，超聲速飛機穿過聲障時的氣體密度只增大6倍[3]。在技術(shù)上，40年代有兩大突破，一是后掠翼理論，二是使用Laval噴管，終于在1947年實現(xiàn)了超聲速飛行。理論方面必須掌握以下要點，首先是空氣動力學中，可壓縮流體的速度勢的波方程，經(jīng)過線性化的形式為

(8)

這里我們用符號β取代符號M，是為了把相對論與空氣動力學作比較。上式表示，從本質(zhì)上講波動力學的基本操作是對微分方程的辨識和求解。其次，在轉(zhuǎn)到超聲速區(qū)域后，物理規(guī)律也變了——壓力越低、密度越小，速度反而不斷增大。這時密度隨相對速度變化的規(guī)律改變?yōu)?/p>

(9)

因而即使β>1，也不出現(xiàn)虛數(shù)。

回顧突破“聲障”的過程，要點在于空氣動力學經(jīng)歷了從線性化處理到作為非線性系統(tǒng)而處理的階段。然而SR自誕生后就凝固化了，仍停留在初期的線性化階段，而且理論物理學家拒絕作任何改變。航空界的飛機設計師們卻沒有諸多的理論思想限制，很快就實現(xiàn)了超聲速飛行。因此，為了突破“光障”或許應當對SR添加一些高階的非線性修正；而且也不能把Lorentz-Einstein質(zhì)速公式當作教條而死抱不放。正如國際宇航聯(lián)合會(IAF)的P.A.Murad[16]所說：“創(chuàng)建超光速宇宙飛船是一種挑戰(zhàn)；雖然超光速航行與狹義相對論(SR)矛盾，但該理論并非包容一切，而是處理亞光速問題的理論”。

如果人類將來可以突破光障，是否就能進行超光速宇航？回答是非常困難，但并非毫無希望?；瘜W燃料推進火箭的速度距光速c非常遠(v/c=6×10-5)。將來改用新技術(shù)時，可變比沖磁等離子體火箭可達v/c=10-3；氘核聚變發(fā)動機火箭可達v/c=5×10-3；太陽帆可達v/c=10-2(激光驅(qū)動時可達3×10-1)；束芯反物質(zhì)火箭可達v/c=5×10-1?！揽窟@些已有的或可能有的技術(shù)手段，都不足以實現(xiàn)v/c≥1。為實現(xiàn)超光速宇航，目前已在概念上進行討論的方法有：暗物質(zhì)火箭，黑洞星船，曲速引擎。提出者認為它們可以用極高的超光速飛往其他星系。

4 “超光速物理”學科逐漸成型

超光速研究涉及物質(zhì)的運動、萬有引力、質(zhì)量和能量與速度的關(guān)系、量子非局域性、宇宙中幾種基本作用、波動現(xiàn)象的內(nèi)涵、波粒二象性、光的本性、不同媒質(zhì)間界面上的折射和反射、Gasimir效應、對光速的認識與測量……等眾多問題，當然它也就成為通向更深刻的理論物理和實驗物理的切入點。由于研究工作數(shù)量擴大、質(zhì)量提高，近年來出現(xiàn)了“超光速物理”(Superluminal Light Physics，SLP)的提法[17]。我們認為這是事物發(fā)展的自然結(jié)果，雖然物理學界迄今并不認為有這一學科存在。按照筆者的觀點，如果SLP可以成立，它還應包括粒子的近光速力學和超光速力學，以及超光速波動力學；甚至還應包含粒子隧穿(勢壘)動力學；如此等等。

2007年出現(xiàn)了兩本引人注目的專著，一是宋健的《航天縱橫》[20]；二是國防科技大學譚暑生教授的《從狹義相對論到標準時空論》[21]。后者55.7萬字，是作者在1983年提出標準時空論后多年研究的全面總結(jié)，宋健院士作序。此書在建立自己的理論體系的同時對以下概念作了否定：同時的相對性、局域性和光速極限性。該理論承認超光速運動的可能性，而無需依靠虛質(zhì)量。在書的結(jié)尾處說：“現(xiàn)代物理學中的事實是：波函數(shù)ψ的相速度始終是超光速的；電子自旋的線速度是超光速的；暴脹宇宙學中存在超光速膨脹的物質(zhì)相互作用?！瓨藴蕰r空論的研究表明，超光速聯(lián)系、超光速作用和超光速運動是允許存在的，不與任何已有的實驗事實相悖。利用超光速的彌散態(tài)背景場，可以建立宇宙中各種文明之間的通訊聯(lián)系?？梢栽O想在星際空間作彌散態(tài)的超光速飛行?！芯亢驼莆粘馑龠\動的科學技術(shù)，是意義無與倫比的事業(yè)。研究和掌握超光速科學技術(shù)，人類才能真正擺脫孤獨和愚昧，與各外星文明聯(lián)系起來，進入嶄新的時代！”

2008年筆者的書《超光速研究及電子學探索》出版[22]，內(nèi)有7篇論文涉及超光速研究。其中的“引力傳播速度研究及有關(guān)科學問題”一文，詳細論述了為什么引力作用傳播速度不可能是c，而是比c大很多的值；同時給出了引力波不可能存在的原因。另一篇文章探討了負速度問題。

2009年季灝發(fā)表了題為“量熱學法測量電子能量實驗”一文[23]，在直線加速器上產(chǎn)生(6～15)Mev的高速電子轟擊一個鉛靶，用量熱法測量電子的動能，從而研究電子的質(zhì)速關(guān)系。實驗數(shù)據(jù)結(jié)果與SR有很大矛盾，與Newton力學卻接近。亦即認為電子質(zhì)量與速度無關(guān)，而Lorentz力與速度有關(guān)。實驗時電子速度達0.9997c。

近年來，上海交通大學的不同團隊展開了研究并在國際學術(shù)期刊上發(fā)表論文。例如2011年張亮等在PRL刊登的文章“建基于Brillouin激光振蕩之上的光纖中的負群速超光速傳播”[17]。又如2012年任懷瑾等在PRL刊登的文章“反常色散媒質(zhì)中的非線性Chrenkov輻射”[24]。后者的研究表明，當激光進入介質(zhì)并激發(fā)非線性極化波時，特定的微納結(jié)構(gòu)可以對該極化波的相位傳播進行可控的加速，從而實現(xiàn)“超光速”這一特殊物理過程，并產(chǎn)生奇異的光輻射現(xiàn)象。群速度超光速為SR所不容，而相速度超光速卻在自然界中普遍存在。如由著名的de Broglie物質(zhì)波方程可推導出具有波粒二象性的基本粒子如電子、質(zhì)子等，其相速度均超過光速。de Broglie將其歸結(jié)為四維空間在三維世界上的投影，即維度缺失，導致了四維空間中相速度并未超過光速的粒子在三維世界中表現(xiàn)出“超光速”的現(xiàn)象。文章作者發(fā)現(xiàn)用特定微納結(jié)構(gòu)可以使介質(zhì)中自由傳播的非線性極化波發(fā)生維度缺失，在理論上預期了當傳播由三維退化為二維和一維時，非線性極化波將出現(xiàn)相速度超光速的現(xiàn)象。根據(jù)Huygens原理，相速度超光速將引發(fā)Chrenkov輻射(類似于戰(zhàn)機超聲速飛行時引發(fā)的聲障)。這一點得到了實驗觀測證實，即通過人為改變極化波的相速度，可以實現(xiàn)可控的光輻射輸出。同時由于相速度可以任意加快，實驗證明了在傳統(tǒng)的禁忌區(qū)域同樣可以產(chǎn)生Cherenkov輻射。這項研究由陳險峰教授課題組獨立提出并實驗證實，拓展了人們對非線性光學過程及其應用的認識。

通過以上實例，可以看到“超光速物理”作為學科確已逐漸成型。本文以下的內(nèi)容將更證明這一觀點。因此對它的陳述不是提出建議，而是對眾多情況和事實的歸納命名。

5 NASA研究曲速引擎

2012年9月19日美國《Time》周刊網(wǎng)站稱：“NASA actually working on faster-than-light warp drive”(9月21日中國《參考消息》報刊出時題為“NASA著手研究超光速曲速引擎”)。這表示美國航天局已在安排專家研究超光速宇宙航行的問題，證明許多中外科學家的意見，包括宋健院士、林金研究員、筆者和楊新鐵教授的觀點，在總體上是正確的——考慮未來的航天和宇航時超光速是必由之路；這就給了我們精神上的鼓舞和科學上的期望。

Miguel Alcubierre是墨西哥物理學家，上世紀90年代在英國Wales大學物理與天文系任教，后又參加德國Max Planck研究所的工作。1994年他寫了一篇文章題為“The warp drive：hyper-fast travel with general relativity”(“曲速引擎：廣義相對論中的超高速旅行”)[25]。文章說，本文在廣義相對論(GR)框架內(nèi)在不引入蟲洞(wormholes)的條件下證明改變空時(spacetime)即可使宇宙飛船以任意的超大速度飛行。如局部擴張飛船后部的時空和收縮飛船前面的時空，處在干擾區(qū)以外的觀察者就會看到飛船以超光速運動。造成畸變令人聯(lián)想到科幻小說中的“曲速引擎”。……正文有19個編了號的公式，是在GR框架內(nèi)的推導演算。按照筆者的理解，所謂warp drive，是利用Einstein的4維時空觀念而避免讓實體飛船作真實的光速或超光速飛行。據(jù)說，在兩個時空區(qū)之間放一球體，可創(chuàng)建一個移動球體周圍時空的“曲速泡”——它以超光速飛行，而飛船本身無需運動(就本地參照系而言)。實現(xiàn)的關(guān)鍵是要有特殊物質(zhì)以彎曲時空，而這需要木星級別的巨大能量。……現(xiàn)在H.White說，可以用改變曲速引擎的幾何形狀的方法簡單地解決能量問題。這觀點發(fā)表在2012年秋在美國召開的《星艦(star ship)百年研討會》上，而H.White是NASA的物理學家。

在GR中，時間、空間被看成一個整體，即“空時”(space-time)或“時空”(time-space)；由于把引力描述為一種數(shù)學的(幾何的)屬性，“空時”或“時空”被認為可以彎曲，而時空曲率與時空中的物質(zhì)和輻射的能量—動量張量相聯(lián)系，并由引力場方程描寫這種聯(lián)系。……Alcubierre引擎方案是在認同相對論(SR和GR)正確性之下提出的，或許對超光速宇航而言只有象征性意義，缺乏現(xiàn)實性。我們認為所述方法是什么并不重要，要緊的是我們這星球最大的航天及宇航機構(gòu)(NASA)對“超光速旅行”的重視。NASA所鼓勵的是科學家們要大膽思考和提出創(chuàng)新設計，不能局限在某一種方法上；而超光速宇航才是根本目標。

6 信息能否以超光速傳播

近10年來人們一直關(guān)注波速度問題，興趣在于改變光脈沖的群速，產(chǎn)生光停、慢光、快光(快光faste-light指超光速的光)。在2001年，科學家已認識到能量傳送速度超光速是可能的，條件是vg/c要很大[2，26]。在這一時期對負速度的認識也逐步深化。負群速的最早研究是在1914年，A.Sommerfeld和L.Brillouin[27]揭示出：NGV是比vg=∞還要快的速度。而在此前的1907年，A.Einstein[28]否定了負速度和信號以超光速傳送的可能。

信息能否以超光速傳送是人們最關(guān)心的問題?！叭核俨皇切畔⑺俣取钡恼f法最早見于Brillouin的1960年著作，講的不是信息速度而是信號速度(vs)，是為了聲明“The signal velocity is always less than(or at most equal to) the velocity of light in vacuum”。信號速度定義的依據(jù)是：“The arrival of the signal can be arbitrarily defined as the moment when the path of integration reaches the polejω”。亦即“信號到達時間可人為地定義為積分路徑到達極點jω0的時間”。分析和計算的結(jié)果為：在遠離ω0附近的區(qū)域與vg相同，在ω0附近vs≠vg；由于c/vs>1，vs

我們認為，無論信息速度也好，信號速度也好，根本點是消息傳送的快慢。眾所周知，技術(shù)上傳送信息的方式是用已調(diào)波(modulated waves)，即把有用信息用波包的方式(通常頻率較低)調(diào)制在載波(通常頻率較高)之上，作整體性的輸運。人們?nèi)粘Ｉ钏玫膹V播信號、電視信號都是如此。因此根本問題在于整個波群的傳輸，而波包在傳送過程中不發(fā)生失真才是最重要的要求。設波群由z=0處傳輸?shù)絲=l處，傳播常數(shù)=α+jβ，這時筆者曾導出下述方程[29]：

β(ω)?a+vgω

(10)

可以看出：若vg在頻帶δω中不變(或說群折射率ng在頻帶δω中不變)，頻帶內(nèi)相位常數(shù)與頻率呈線性關(guān)系；若頻帶內(nèi)衰減常數(shù)恒定，則傳播中波群(例如光脈沖)的形狀不會改變，即不產(chǎn)生失真。而Brillouin的信號速度定義存在問題，數(shù)學意義超越物理意義。因此我們可以大膽推斷說，眾多NGV研究者已觀察到的現(xiàn)象或許就是超光速通信。

1991年筆者在專著[14]中公布了自己的發(fā)現(xiàn)——在截止波導中消失態(tài)(evanescent state)條件下，既可能出現(xiàn)負群速，也可能(經(jīng)由負相位常數(shù))出現(xiàn)負相速。SB理論雖然早就提出可能出現(xiàn)負群速，但在當時卻說不出在何種物理條件下NGV會現(xiàn)身；至于NPV(負相速)則被排除了可能性。英國Strathclyde大學的科學家于1999～2000年間進行了實驗[30]，方法是對超薄金屬板(厚度幾十微米)用激光打孔，直徑50μm的圓孔形成為獨特的截止波導，從而可在比微波更高的波段(太赫T-rays)進行實驗，證明了負相速的存在?！罱那闆r是，海峽兩岸都在研究NGV——有的用同軸線構(gòu)建同軸光子晶體(CPC)，如中國傳媒大學[31]和西安電子科技大學[32]；有的用級聯(lián)波導，如臺灣清華大學[33]；有的用光纖，如上海交通大學[17]。國外的工作，有的用級聯(lián)波導[34]，有的用微帶線[35]；不贅述。

研究“信息以超光速傳播”的重要性不低于研制某種新引擎。NASA于1972年發(fā)射的“Pioneer 10”(譯作“先驅(qū)者10號”)探測器被稱為地球人類向外太空派出的首位形象大使，攜帶有C.Sagan等天文學家設計的“宇宙名片”。2003年1月NASA曾與這個唯一飛出太陽系的人造物體聯(lián)系，費時11h，這是太慢了；宇宙之大使我們不再把速度c看作一種非常快的速度，而地面站發(fā)出的指令和通信只能用電磁波(傳送速度為c)這一點就限制了宇宙中相互聯(lián)系的效率。還可以設想另一種情況：在將來人類可以乘坐超光速宇宙飛船離開太陽系了(姑且這么說)，但地球上發(fā)出的電磁信號或光信號追不上它，也沒有回復的可能——用電磁波無法觀測超光速運動。應當開展相關(guān)的研究工作，道路仍然漫長。

必須指出，與此相關(guān)的“能速可否超光速”是無法回避的問題。通常把能速ve定義為單位時間內(nèi)能量傳送的距離。沿波的傳播方向，單位時間內(nèi)通過面積A的能量W就是貯存在截面A、長度ve的柱體內(nèi)的能量，即vew0(w0為單位長度的貯能)；故有ve=W/w0，即能流密度/能量密度。深入的理論分析可以證明，由于左手材料(LHM)的出現(xiàn)而造成了下述可能：在正常色散區(qū)實現(xiàn)相速、群速、能速都大于光速。因此信息(信號)速度以超光速傳送在理論上是可實現(xiàn)的。

7 中微子飛行速度問題

中微子以什么速度飛行？過去的說法有3種：亞光速、光速、超光速。2011年9月22日出版的《Nature》文章說[36]：“neutrinos can travel faster-than-light”；此報道是根據(jù)一篇預印網(wǎng)站論文(arXiv.org)[37]。由于這些報道，掀起了一股熱潮；在國外和國內(nèi)，都有贊成(中微子以超光速飛行)和反對兩種意見。在筆者建議下《科技日報》于2011年11月7日組織了“超光速科學問題學術(shù)研討會”，包括程津培院士、張鐘華院士在內(nèi)的20多位專家學者及報社人員與會?！跗诘南⒑头磻^為樂觀，但在2012年2月23日新華網(wǎng)自日內(nèi)瓦發(fā)出電訊說，歐洲核子研究中心(CERN)在公報中承認，該機構(gòu)參與的名為“中微子振蕩實驗”的項目中使用的測速方法存在問題。其中一處問題與為測量提供GPS同步服務的振蕩器有關(guān)，可能導致對中微子運行時間的測量值偏大。另一處問題出在為項目主計時器導入GPS信號的光纖連接器上，與上一問題相反，該問題可能導致對中微子運行時間的測量值偏小。又說：“中微子振蕩實驗”項目的研究人員正在就兩處問題的潛在影響進行評估。按照計劃，新一輪實驗將于5月啟動?！比欢髞硪恢睕]有歐洲人再次實驗的消息。筆者就此事詢問很早就研究中微子飛行速度問題的張操教授，他回答說：“中微子速度的確超過光速。1987年2月，超新星SN1987A爆發(fā)時，科學家就發(fā)現(xiàn)其中既有中微子又有光子，中微子到達地球的時間比光子早了3個多小時?！?2011年10月18日，《科技日報》社已舉行過一次“中微子超光速問題研討會”。在會上，中國科學院理論物理所李淼研究員也曾提到上述事件：“SN1987A超新星距地球16.83萬光年，于公元前1681萬年左右爆發(fā)，1987年光抵達地球。在光到地球的3h前，世界各地有3臺中微子探測器同時測到一股中微子爆發(fā)，這似乎表明中微子比光快。”關(guān)于OPERA實驗，他說“其初衷是研究中微子振蕩，追尋τ中微子的蹤跡。但出人意料的是，科學家們發(fā)現(xiàn)中微子比光子跑得快。中微子實際傳播732km，旅行時間0.0024s”；速度測量的難點是如何精確測量距離和時間。計算結(jié)果表明，中微子速度為299798454 m/s，比真空中光速c(299792458 m/s)快了5996 m/s。他認為要檢查測量中的系統(tǒng)誤差，又評估了如果OPERA實驗屬實對物理學理論可能產(chǎn)生的影響。

“中微子超光速”熱潮早已過去。筆者的觀點是，歐洲科學家前后矛盾，發(fā)出了混亂的信號，174位實驗者直到現(xiàn)在也未有人出來作清楚的交代。一些物理學家可能認為事情已結(jié)束，中微子沒有(也不可能)以超光速飛行。我們認為情況并非如此，OPERA實驗沒有證明中微子以超光速飛行，不等于已證明中微子不可能以超光速飛行?，F(xiàn)在并沒有它以亞光速或光速飛行的實驗證據(jù)。這樣一來，中微子飛行速度仍處在未知領(lǐng)域。2012年，中國科學院上海應用物理所研究員艾小白在北歐刊物上發(fā)表文章(Ai X B，Phys.Scripta，2012，Vol.85，045005，1～4)，對OPERA實驗測量其能量—速度關(guān)系，以幫助判斷。

其實，近年來發(fā)生了另一件重要的事，卻從未引起大家注意：瑞士科學家N.Gisin領(lǐng)導的團隊經(jīng)多年研究，完成了對“光子糾纏態(tài)傳播速度”的測量，結(jié)果是超過光速c很多倍，但不是無限大[38]。限于篇幅，本文不再論述這個問題。

8 關(guān)于改裝加速器和尋找超光速粒子

1907年，A.Sommerfeld在其著作《理論物理學教程·光學卷》中說，Maxwell方程組對超光速運動客體也同樣適用。而在此前的1904年，Sommerfeld發(fā)表過一篇文章[見K.Akad.Wet.Amsterdan Proc.，8(1904)，346]，討論了超光速粒子假如存在會出現(xiàn)的情況(如粒子失去能量時會加速運動，獲得能量時會減速運動)。就是說，在SR提出之前，A.Sommerfeld曾認真地考慮過超光速問題，并不排除超光速運動的可能性。

20世紀60年代人們開始以實驗尋找快子(tachyons)[39]，沒有成功。90年代以來超光速實驗有所進展，主要是發(fā)現(xiàn)短波脈沖、微波脈沖、光脈沖能以超光速傳送，無論對無源媒質(zhì)(passive media)或增益媒質(zhì)(gain media)均如此。速度可以是光速c的數(shù)倍，但也可能是非常大。另外，在負波速(超光速的一種形式)方面論文很多，成績突出。不僅如此，還發(fā)現(xiàn)電磁波(光波)的本身也可以被加速而成為超光速。在粒子方面，早在1993年就有Berkeley加州大學(UC-Berkeley)完成的“光子賽跑實驗”，按論文作者的姓氏排序稱為SKC實驗[40]，確定單光子可以按照比c大70%的速度運動(v/c=1.7)。然而，至今尚無一個實驗證明有質(zhì)量粒子(如電子、質(zhì)子、中子、原子)可以作超光速運動。

反對超光速可能性的人士常說，現(xiàn)有的加速器從來都是把電子或質(zhì)子加速到非常接近c的值，例如0.99999c之類，根本沒有加速到c以上的事情。但這樣說只是一種邏輯循環(huán)互證——用“相對論正確”解釋“電子(或質(zhì)子)不可能被加速到光速以上”，又用“電子(或質(zhì)子)只作亞光速運動”來證明“相對論正確”。問題在于，由于缺少對中性粒子(如中子)的加速技術(shù)，總是用本征速度為c的電磁場作為加速帶電粒子(電子或質(zhì)子)的手段；而用亞光速的加速器自然不能獲得超過c的速度。作為超光速研究者，我們也不認為需要不斷加大能量來獲得超光速的粒子運動，前已指出，航空工程中超聲速飛機設計中的Laval噴管，使氣流連續(xù)地從亞聲速加速到超聲速的方法——壓力越低、密度越小，能量越少，速度反而不斷增大。受此啟發(fā)筆者提出了嘗試用截止波導中的消失場構(gòu)建超光速電子運動電磁環(huán)境的建議[41]，又提出把廣泛實現(xiàn)了的“群速超光速”為研究起點，希望在改裝后的加速器上由實驗發(fā)現(xiàn)可能的超光速奇異粒子(meta electron或meta proton)。而且這在理論上可與粒子的量子隧穿(quantum tunneling)聯(lián)系起來思考，那里的消失態(tài)幾率波正切合我們的需要?！捎诠P者不是加速器專家，因此邀請中國科技大學國家同步輻射實驗室裴元吉教授參加于2011年11月7日在《科技日報》社召開的會議，他在題為“超光速實驗方案探討”的報告中說，到目前為止，帶電粒子動力學都是建立在“光速為極限”的基礎(chǔ)上，即遵循相對論力學。盡管目前建造的加速器尚未發(fā)現(xiàn)與此有矛盾，但所有測試粒子運動參數(shù)方法的理論基礎(chǔ)也是相對論，即便有矛盾也很難發(fā)現(xiàn)。建議設計相速1.05c的加速管(長1.2m)；產(chǎn)生束團長度ps級的電子束；然后調(diào)節(jié)移相器測量不同相位時的束流能量。通過初步實驗尋找終點和原因，看看能否突破相對論的束縛。……我們高興地看到，已有加速器專家抱持一種開放的態(tài)度，這就帶來了希望。

行文至此，必須承認還沒有真正可行的方法實施v/c>1的旅行，因此筆者才慎重地說：“超光速宇宙航行非常困難，但并非毫無希望”。現(xiàn)在要做的是以實驗證明有質(zhì)量的微觀粒子(物質(zhì)粒子)以超光速飛行是可能的，所以筆者多次提出應當對電子、質(zhì)子(甚至中子、原子)進行實驗。由于對中性(不帶電)粒子加速有困難，可以嘗試改裝現(xiàn)有的對帶電粒子(電子、質(zhì)子)的加速器，為實驗研究開辟一個新天地。

9 究竟是什么以299792458 m/s的速度行進

最后我們討論光速本身的問題。1670年，丹麥天文學家Olaus Roemer提出了歷史上第一個光速c觀測數(shù)據(jù)：c=214000 km/s；它比真實值低了大約30%。Roemer的功績是用實驗證明光速為有限值而非無限大。在這以后一直到20世紀80年代，人類測量光速的工作持續(xù)了約300年。表1是我們搜集的1676—1958年間光速測量的3個類型、18個典型測量值。表中的系統(tǒng)誤差是與標準值(c=299792458 m/s)作比較時算出的，而這個值是在20世紀70年代用高精度激光方法測得的。由表1可見，光學測量的最好數(shù)據(jù)是1948年用光學測距儀測得的結(jié)果(系統(tǒng)誤差為1.8×10-6)；電學測量的最好數(shù)據(jù)是1923年用LC回路及平行雙線對電磁波(導波)測得的結(jié)果(系統(tǒng)誤差為8×10-6)；微波測量的最好數(shù)據(jù)是1950年用圓柱諧振腔對電磁波(駐波)測得的結(jié)果(系統(tǒng)誤差為1.4×10-7)。

表1 1676—1958年的光速測量值

1972年，美國標準局(NBS)K.M.Evenson等[42]以高度復雜的技術(shù)對甲烷(CH4)穩(wěn)定激光完成了測頻，實現(xiàn)了光頻測量。實驗采用了銫原子頻標出發(fā)的激光頻率鏈，其中包括6臺不同的激光器和5個微波速調(diào)管。結(jié)果得到

fCH4=88.376181627×1012Hz

測量精度達6×10-10；故可算出真空中光速

c=λCH4fCH4=(299792456±1.1) m/s

(11)

即精度達3.6×10-9；這樣，真空中光速c的測量精度提高了100倍。1973年6月，國際計量局米定義咨詢委員會決定，取激光波長λ=3.39223140μm，激光頻率同前，算出

c=299792458 m/s

(12)

作為公認的光速值。同年8月，國際天文聯(lián)合會決定采用。1975年，第15屆國際計量大會認可了這個值。當時人們就認為，精測真空中光速c成功有新的科學意義。正如大家所知，基本的計量單位有7個，即米、千克(公斤)、秒、安[培]、開[爾文]、摩[爾]、坎[德拉]。在這些基本單位中，精度最高的是時間(頻率)，其次是長度。米定義方法早期用原器，1960年才開始按原子的輻射躍遷來定義，即“Kr-86原子的2p10和5d5能級之間躍遷所對應的輻射在真空中波長的1650763.73倍”。相應的長度基準稱為Kr-86基準。至于時間(或頻率)，1967年國際上規(guī)定的秒定義為，“Cs-133原子基態(tài)的兩個超精細能級之間躍遷所對應輻射的9192631770個周期的持續(xù)時間。”盡管按原子狀態(tài)來定義比起過去優(yōu)越，但存在的問題也很明顯：對同一輻射(同一躍遷)，波長是一種單位，頻率又是一種單位，二者互相獨立，建立計量基準的方法也不同。能否統(tǒng)一起來，從而減少一個基本單位？由于精測真空中光速c達到了高水平，出現(xiàn)了用下式定義長度的可能：

(13)

式中c是恒量，頻率f是基本單位，波長λ成為導出單位。這樣，長度不再是基本單位，而是導出單位。1983年，國際上規(guī)定了新的米定義：1m是平面電磁波在真空中在(299792458)-1s內(nèi)走過的距離。此后亦不再搞光速測量。

從1983年到2013年又過去了30年。這個時期波科學及物理光學有巨大發(fā)展，超光速研究(含負波速研究)也在各國廣泛展開?，F(xiàn)在看過去的作法會產(chǎn)生下述問題：“究竟是什么東西以299792458 m/s的速度行進？”造成問題的原因之一是對“真空中光速c”缺乏明確定義?！比缯f“光子在真空中的飛行速度就是真空中光速”，但迄今無人做過直接測量光子速度的實驗。因此，只能說“真空中光速是指光波在真空中傳播的速度”，這樣定義確有精密實驗的基礎(chǔ)。然而NBS實驗是在特定條件(在一定頻率上針對甲烷CH4)做的，如果條件改變(頻率改變或測量物質(zhì)改變)會怎樣？我們并不知道。亦即存在一個c值恒定性、穩(wěn)定性的驗證問題。在這個問題解決前即宣稱“c值不再具有不確定度，可以固定下來”，是不妥的，也沒有給研究和發(fā)展留下空間。另外，c值的精確性依賴于f、λ二者的精確性；然而λ與f不同，它是一個復雜的物理量，只有平面波才有真正確定的值。然而理想的平面波并不存在[18，19]。

(14)

式中v是當?shù)氐淖赞D(zhuǎn)線速度，L是兩地間距。實驗如成功將是劃時代的；因為用兩個地面站和衛(wèi)星的實驗會被人說是“地球自轉(zhuǎn)的Sagnac效應”造成的，而Sagnac效應是爭論性大的課題。

總之，科學家們?nèi)栽谘芯抗馑俨蛔冃詥栴}。西安方面正準備用氫鐘和光纖做實驗，對氫鐘信號作相位比對，數(shù)據(jù)處理后可得到光速傳播的相對速度變化率。正如中國計量科學院沈乃澂研究員在《光頻標》一書中所說[48]，目前復現(xiàn)米定義的準確度為10-11～10-14量級，科學家們致力于在更高精度下檢驗光速c是否恒定，這類實驗是十分重要的。

2013年3月25日美國“每日科學”網(wǎng)站報導說，法國科學家、德國科學家各自提出了研究成果將發(fā)表在歐洲物理學雜志上，內(nèi)容是說光速是真實的特性常數(shù)，而量子理論認為真空并非空無一物，而是忽隱忽現(xiàn)的粒子。這導致光速c不是固定不變，而是有起伏的值！

經(jīng)典力學中速度不可能是沒有方向的標量，而是有明確指向的矢量。1983年國際計量組織所定義的c，與空間、時間或者光子的運動都沒有關(guān)系。……另一方面，由于光是波又是光子，我們似乎可以不加證明地推斷光子速度就是299792458 m/s。然而自然科學不能要求人們接受缺乏實驗證明的事情。由于光子有其運動路徑(軌跡)，說“光子的速度是標量”恐怕不行。于是又陷入了概念上的混亂。況且光是大量光子的綜合表現(xiàn)，人們不知道光子之間是否毫無速度上的差別，大家都精確地按照299792458 m/s飛行？這些問題都是不清楚的。

2011年6月17日美國《Phys.Rev.Lett》發(fā)表了香港科技大學學者們的單光子研究論文[52]；實驗中使用的(2D)85Rb磁光阱(MOT)工作在超低溫10-4K，泵頻wp對應780nm波長。實驗結(jié)論是對單光子而言因果性(causality)仍正確，單光子的最大速度是c。論文是生動而富含啟發(fā)性的。但說它“為單一光子攜帶信息的最大速度之爭畫上句號”則欠妥。更何況，在量子理論中對因果性本來就不能簡單化地理解。

10 結(jié)束語

在中國北京召開的242次香山科學會議已過去10年，在會議上和會后都取得了多方面的科學技術(shù)進展，吸引了越來越多的人參與工作。盡管當前全世界的超光速研究還處在非常初步的階段，但已可以斷言所謂“光障”擋不住人類前進的腳步。無可爭辯的事實是，相關(guān)的研究在10年中已取得了許多成果。正如R.Feynman[53]所說，“科學的用處在于不斷進步的過程中嘗試提出新的猜想，而我們要做的事是不顧一切往前進行。”相信新學科“超光速物理”有美好的未來！

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“LightBarrier”can’tResisttheHumanAdvancements——In memory of 242nd Xangshen Science Conference

HUANG Zhi-xun

(Communication University of China，Beijing 100024，China)

The subject of 242nd Xangshan Science Conference was “Frontier Issues on Astronautics and Light Barrier”.We know in 1905，A.Einstein brought forward the confidence that “velocities greater than that of light have no possibility of existence”.It is so-called “l(fā)ight barrier”.But in this conference Song Jian says，this idea only may be hypothesized or guessed about the movement without any information about it and nothing could be seen.Now，a flight within the solar system is called space-flight and beyond the solar system is astronautic.In this century the first astronauts will travel beyond the solar system and come back safely.To fly out of the solar system has long been the ambition of mankind.But many paramount theoretical and technical problems have to be solved before that.As a consequence，the speed of travel to be increased to the magnitude of the speed of light or，if possible，faster than the speed of light.

In this paper，we try to remember the achievements in 242nd Xangshan Science Conference before 10 years，and we discuss the research works of faster-than-light subject in decade of 2003～2013.First，we compare the present “l(fā)ight barrier” problem with the past “sonic barrier” problem，the results of the compressible fluid mechanics can be used to the faster-than-light research，the developments of the aerodynamics will give good references for break through the light barrier.Second，we discuss the velocity of information，and in past decade the negative group velocity(NGV) was founded by experiments of several scientists，moreover it is accepted that the NGV is faster than the light speedc.The group velocity faster-than-light experiments was great success，from the viewpoint of wave-particle duality，we must try to discover the meta-electrons moved superluminality.We will consider to check the accelerator，and the particle loses energy to accelerates after through the potential barrier.It is similar to the break through sound barrier，such as the Laval tube.…… We also discuss the Alcubierre’s warp drive engine，the way was modified the spacetime that allows a spaceship to travel with speed of faster-than-light.Although it is a hypothesis only，but in Sep.19/2012 the 《Time》 weekly magazine says：“NASA actually working on faster-than-light warp drive”.And it is highly important for us to a correct conclusion：the faster-than-light astronautic flight be approved by the NASA.

According to the developments of faster-than-light research in past decade，there are indications that the newly subject of “Superluminal Light Physics” is an established fact.Furthermore，we discuss the definition of the light velocity in vacuumc，including the problem of light-speed constancy.

Xangshen Science Conference；light barrier；faster-than-light astronautic flight；Superluminal Light Physics；warp drive engine

2013-03-17

黃志洵(1936- )，男(漢族)，北京市人，中國傳媒大學教授、博士生導師，中國科學院電子學研究所客座研究員。

O412

A

1673-4793(2013)03-0001-16

王謙)