論有質(zhì)粒子作超光速運動的可能性
2015-02-19 07:01:54黃志洵
中國傳媒大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 2015年3期
黃志洵
(中國傳媒大學(xué) 信息工程學(xué)院，北京100024)
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論有質(zhì)粒子作超光速運動的可能性
黃志洵
(中國傳媒大學(xué) 信息工程學(xué)院，北京100024)
摘要：狹義相對論(SR)中運動的有質(zhì)粒子的長度(l)、質(zhì)量(m)、能量(E或W)隨速度v變化。當(dāng)v增大，l減小而m和E加大。如果v=c，運動粒子的質(zhì)量、能量成為無限大。故Einstein斷言討論超越光速c是無意義的。然而在實際上從未發(fā)現(xiàn)過物體長度隨速度增加而減小。對質(zhì)量而言，Newton力學(xué)中質(zhì)量與速度無關(guān)；質(zhì)量隨速度變來自1904年的Lorentz公式-1/2，即使它適用于電子也不能像SR那樣推廣于一切動體，實際上缺少“Lorentz質(zhì)速公式適用于中性粒子和中性物體”的實驗。故所謂“光障”不一定真的存在。
電子并不是一個普通的動體，而是特殊的帶有電荷的動體。故即使v=c，能量也不是無限大。另外，還可證明當(dāng)速度v增大時動體荷電量q和受力F都減小。這就很好的解釋了1901年的Kaufmann實驗。類似地，分析表明1964年的Bertozi實驗也不能證明光速c不可超越。
本文把今日的“光障”問題與過去的“聲障”問題作了比較，認為可壓縮流體力學(xué)可用在超光速研究中，空氣動力學(xué)發(fā)展對突破光障有參考作用。在超聲速飛機問世前，當(dāng)飛機速度接近聲速將形成氣體超大密度的激波，飛機將無法穿越它。但深入的理論分析和風(fēng)洞實驗使科學(xué)家獲悉，即使v=c(在這里c為聲速)，密度僅增大6倍，不是無限大；故工程師開始設(shè)計和建造超聲速飛機。1947年10月14日美國空軍完成了人類首次超聲速飛行?！覀兿嘈艑λ^光障也會是同樣的情況。
由于量子力學(xué)中的波粒二象性，科學(xué)家可按兩條路徑(粒子或波)展開研究。過去認為微觀客體會呈現(xiàn)為粒子或波，但不會同時體現(xiàn)這兩者。然而最新的研究卻證明可在實驗中又是粒子又是波。本文建議設(shè)計針對物質(zhì)波的實驗。由于現(xiàn)時有大量的群速超光速實驗已獲成功，可以期待超光速有質(zhì)粒子(電子或質(zhì)子)的存在和發(fā)現(xiàn)?！傊?，結(jié)論是有質(zhì)粒子可以作超光速運動，但有待將來的直接實驗證明。
關(guān)鍵詞：有質(zhì)粒子；光障；超光速運動
1引言
1998年國際科學(xué)數(shù)據(jù)委員會(CODATA)給出的物理學(xué)基本常數(shù)中[1]，電子質(zhì)量me=9.10938188×10-31kg，質(zhì)子質(zhì)量mp=1.67262158×10-27kg(均為靜止質(zhì)量)。電子、質(zhì)子都是有質(zhì)(量)粒子(massive particle)，用此稱呼以便與靜止質(zhì)量為零(m0=0)的粒子相區(qū)別；后者的典型例子是光子。1905年A.Einstein[2]的論文“論動體的電動力學(xué)”發(fā)表后，物理界的主流觀點是：“有質(zhì)粒子的運動速度不可能達到真空中光速c，更不可能超過c”，這一理論似乎受到現(xiàn)有加速器操作的實際情況的支持——在加速器中被加速的電子或質(zhì)子都以亞光速運行，從未有過以光速或超光速運行的例子。
筆者不同意Einstein的光速極限論，認為對這個重要的課題(有質(zhì)粒子以光速或超光速運動的可能性)還需作全面深入的分析。本文先對Lorentz質(zhì)速公式和Einstein質(zhì)量觀作討論，指出“質(zhì)量隨速度變”的觀點可疑；隨后對“光速極限原理”作批評，又介紹了中國學(xué)者與Einstein不同的推導(dǎo)分析，其結(jié)果是即使電子被加速，電場對電子做功也是有限值而非無限大。借鑒1947年超聲速飛機成功的事實，提出“聲障和光障都可以突破”的見解。在對實驗情況進行論述后，提出了一個判據(jù)性實驗的新建議?！瓰槭怪黝}集中，文章未涉及信息和信號以超光速傳送的可能性問題。
2粒子物理學(xué)的基本動力學(xué)方程
先回顧粒子物理學(xué)中的幾個方程，它們實際上形成為一個體系。以下兩式是最基本的：
E=mc2
(1)
(2)
式中：E、m0、v分別為粒子的能量、靜質(zhì)量、速度；故可得
令粒子動量為
p=mv
(3)
得到
(4)
故得
(4a)
而粒子動能為
(5)
式中E為粒子總能量，E0為粒子靜止時能量。以上除式(3)是定義之外，其余4個等式(或說4個方程)，一直是粒子物理學(xué)家的準則，罕見有人提出質(zhì)疑或挑戰(zhàn)。
經(jīng)典Newton力學(xué)的動能方程為
(6)
式中m、v分別為動體的質(zhì)量與速度。在Newton力學(xué)中質(zhì)量不隨速度變，故也可寫出下式：
(7)
故有
(8)
但由式(5)可以推出
(9)
(8)式與(9)式非常不同，這源于(6)式與(5)式的不同?？梢?，經(jīng)典力學(xué)與狹義相對論(SR)力學(xué)有非常大的分岐。當(dāng)p增大時，二者Ek的都增加；但Newton力學(xué)方程的Ek增加更快，數(shù)值也比SR算出的大。
公式(4a)是SR的反映能量—動量關(guān)系的動力學(xué)方程(標量形式)；按級數(shù)展開并近似地只取前二項，得
(10)
(10)式右方第2項等同于(6)式，即近似地得到Newton力學(xué)的動量動能方程。1989年俄國物理學(xué)家L.Okun[3]提出，(4)式和(4a)式中宜用m而非m0，因m是Newton力學(xué)的普適質(zhì)量；符號m0和“靜止質(zhì)量”一詞均不可??；然而符號E0及術(shù)語“靜止能量”均無問題。之所以如此，因為質(zhì)量在不同參照系中是一樣的，是不變量，而能量在不同參照系中并不相同。盡管Okun論文發(fā)表很久，意見未受重視。通常認為式(2)是否正確就成為判斷SR正確性時的關(guān)鍵問題之一，因為不承認式(2)正確，也就等于否定式(4)和式(5)。公式(2)有幾個不同的名稱：Lorentz質(zhì)速公式；Lorentz-Einstein質(zhì)速公式；SR質(zhì)速公式；無論哪個名稱，它都是我們繞不過去的問題！
3Lorentz質(zhì)速公式及Einstein的質(zhì)量觀
回顧歷史，1901年德國物理學(xué)家W.Kaufmann[4]發(fā)現(xiàn)鐳的β射線(電子束流)中的電子的荷質(zhì)比(e/m)與速度有關(guān)，在假設(shè)電子電荷e恒定時就認為電子質(zhì)量隨速度增加而增大。Kaufmann是使用電磁偏轉(zhuǎn)法，即同時測量電子在已知電場、磁場中的偏轉(zhuǎn)，得到的結(jié)果(原始數(shù)據(jù))見表1，可見隨著電子速度增加e/m明顯地下降。Kaufmann認為，這說明電子的“視在質(zhì)量”隨速度增加。不過，他所謂的“視在質(zhì)量”，其含意是模糊的。有意思的是，后人把Kaufmann實驗的結(jié)果給出為表2的形式。表2中m0是電子(假定為)靜止時的質(zhì)量，即靜質(zhì)量。不過，上述表達是后人的方式，而不是Kaufmann本人的方式——因為在1901年既沒有Lorentz公式，也還沒有相對論。其實，Kaufmann的實驗只是發(fā)現(xiàn)了電子荷質(zhì)比(e/m)隨速度變。
表1 Kaufmann于1901年對電子的實驗結(jié)果
表2 Kaufmann實驗結(jié)果的另一表述
“現(xiàn)在我假設(shè)電子是靜止時半徑為的球體，在直線運動時形狀改變，其大小在運動方向上變?yōu)樵L的γ倍……”
“現(xiàn)在可以計算單個電子的電磁動量；為簡便起見，我假設(shè)只要電子保持靜止，電子電荷均勻分布在電子表面……我將假設(shè)除了電磁質(zhì)量外，沒有其他質(zhì)量，即沒有‘真質(zhì)量’或‘物質(zhì)質(zhì)量’”。
在以上引文中，γ=(1-β2)-1/2；可見，Lorentz研究電子質(zhì)量問題時提出了多個假設(shè)，它們決定了推導(dǎo)的結(jié)果。這時Lorentz說：“當(dāng)力作用于運動方向上產(chǎn)生加速度時，電子似乎有質(zhì)量m1；當(dāng)力作用于法向上產(chǎn)生加速度時，電子似乎有質(zhì)量mt”。這樣，他導(dǎo)出兩個公式：
(11)
(12)
式中：m0是靜止質(zhì)量，即β=0時的m值。因此，靜止質(zhì)量(rest mass)概念是1904年由Lorentz提出來的。當(dāng)時的研究只針對帶電粒子(電子)，而且m只是電磁質(zhì)量，完全不反映Newton質(zhì)量(物質(zhì)含量的多少)概念。另外，流傳下來的所謂Lorentz質(zhì)速公式，其實是Lorentz于1904年導(dǎo)出的橫質(zhì)量公式。
Einstein早年的質(zhì)量觀反映在他的1905年論文中[2]，該文的第10節(jié)為”dynamics of the slowly accelerated electron”，其中說(為準確計引用英文原文)：
“...Now if we call this force simply‘the force acting upon the electron’，and maintain the equation(mass×acceleration=force)，and if we also decide that the accelerations are to be measured in the stationary system K，we derive from the above equations：
(13)
(14)
With a different definition of force and acceleration we should naturally obtain other values for the masses.This shows us that in comparing different theories of the motion of the electron we must proceed very cautionsly.
We remark that these results as to the mass are also valid for ponderable material points.”
這些話就是Einstein對于“運動物質(zhì)(物體)與速度關(guān)系”的早期觀點，由此可以看出：①Einstein早期質(zhì)量觀是把質(zhì)量概念區(qū)分為縱質(zhì)量與橫質(zhì)量的；②縱質(zhì)量的公式，Einstein與H.A.Loremz于1904年所導(dǎo)出的公式相同；③橫質(zhì)量的公式與Lorentz的公式不同；④Einstein認為可以有不止一種定義質(zhì)量的方法，并說在比較電子運動的不同理論時要謹慎；⑤“質(zhì)量與速度有關(guān)”的概念，Einstein認為適用于一切有重的質(zhì)點，即有普適性。
1921年，Einstein曾在美國Princeton大學(xué)演講，次年由該校的出版社推出了專著《The Meaning of Relativity》[6]。在書中，Einstein簡單地提到了Lorentz質(zhì)速公式，說“這個方程最初是由Lorentz提出來描述電子運動的，它已被β射線實驗以高精度證實”。這里顯然是指1901年的Kaufmann實驗?？梢姡赟R理論提出16年后，Einstein并未提起“縱質(zhì)量、橫質(zhì)量”的觀點，只是簡單地把該公式歸功于Lorentz。
不過，Einstein在晚年卻不看好這個公式，多少有些令人奇怪。1948年他在致LincolnBarnett的信(原信用德文寫成)中對這個公式表態(tài)，說它是“notgood”；下面是筆者的譯文：
4“物質(zhì)質(zhì)量隨運動速度變化”的觀點可疑
質(zhì)量一詞如表示物質(zhì)的含量，物體在運動時其質(zhì)量是不會變化的。退一步說，即使該公式適用于帶電粒子，它是否適用于一切(不帶電的)物體，也是成問題的。其實，Lorentz在其1904年文章中已經(jīng)說得很清楚了，即他假設(shè)電子沒有物質(zhì)質(zhì)量。Einstein的1905年文章，斷言該公式“適用于一切有重質(zhì)點”，這明顯是荒唐的。
中國多位科學(xué)家不認同Lorentz-Einstein質(zhì)速公式反映了客觀世界的規(guī)律。中國科學(xué)院上海冶金所胡素輝研究員認為，質(zhì)量隨速度加大而增加在哲學(xué)上說不通(運動不會產(chǎn)生質(zhì)量)，在事實上不存在。中國科學(xué)院電子學(xué)研究所研究員宋文淼指出，相對論沒有物理實在性，哲學(xué)上和數(shù)理邏輯上也是混亂的。SR認為光速c是極限，那么各種物理內(nèi)涵(質(zhì)量、動量、能量)都應(yīng)趨于一個有限的確定值，不會是無限大；否則這個“極限速度”就沒有物理實在性。例如當(dāng)超聲速飛機超越聲障時，并非質(zhì)量明顯增加，飛機被加速時質(zhì)量未變。
筆者認為“帶電粒子質(zhì)量隨速度變”的說法可疑。實際上，質(zhì)速公式理論缺乏可信的實驗，真正可信的只有電子的荷質(zhì)比(e/m)隨速度變。有以下的可能性：①e不變，m變；②m不變，e變；⑧e、m都在變，但變化的程度不同。過去的物理學(xué)文獻只講①，完全不考慮②、③，這既不全面也缺乏說服力。相對論學(xué)者張元仲[8]曾談到，過去曾有“電子電荷隨速度變化”的理論——“1925年，V.Bush曾對電子荷質(zhì)比與速度的關(guān)系做過非相對論的解釋。他提出了電子電荷隨速度而改變的假說，并認為當(dāng)電荷之間的相對速度等于光速時，它們之間的作用力將變?yōu)榱?。但是，他并沒有引證實驗事實來支持這種假說。通常，人們假定電荷與速度無關(guān)。這個假定已得到許多實驗的支持。從1925年以來，人們用幾種不同的實驗技術(shù)測量了許多原子和分子的電荷，以極高的精度證明這些原子和分子是電中性的。從這種實驗事實可以引出如下結(jié)論：原子核的電荷與電子的電荷嚴格地抵消。由于原子內(nèi)部的電子在不斷運動，因此必須推論出，原子總電荷與電子在原子中的運動狀態(tài)無關(guān)?！?/p>
筆者認為上述說法難以令人信服。首先，說Bush缺乏支持其假定的實驗事實，但直接證明“電子電荷恒定不變”的實驗事實又在哪里？僅用“原子和分子是電中性的”就能當(dāng)做實驗證據(jù)嗎？顯然，e的恒定性(常數(shù)性)迄今仍處在思辯和推理的階段，而無直接的實驗證明。這就難怪有人提出質(zhì)疑。
(15)
式中z是粒子運動方向，而δ函數(shù)滿足
(16)
進一步運算得出
(17)
這個簡單明白的結(jié)果表明，當(dāng)v由零逐步加大，電荷q和粒子受力都將逐步減小，并在光速時消失(β=1，q=0)。這就解釋了Kaufmann實驗所表明的現(xiàn)象(當(dāng)v增大時e/m減小)。此外，關(guān)于力的問題也證實了專家的猜測。
對于中性物質(zhì)(粒子或物體)，“質(zhì)量隨速度變”更加缺乏證據(jù)。20世紀初的一篇論文[G.N.Lewis and R.C.Tolman，Phil.Mag.，1909，18：510]，是按照兩球碰撞而進行分析；在假定碰撞過程中動量、質(zhì)量守恒時，可以導(dǎo)出質(zhì)速公式。然而推導(dǎo)過程所依據(jù)的前提并非僅有“碰撞過程中兩粒子的總質(zhì)量守恒、總動量守恒”，而是要引用SR的速度相加公式。有關(guān)的說法是，既然相對論力學(xué)方程應(yīng)與SR一致，推導(dǎo)中對所有的速度都必須按照速度相加公式來處理。筆者認為這是“用自己的理論中的公式來證明這個理論正確”，是循環(huán)論證。因此，Lewis和Tolman的處理，不能證明“中性粒子的質(zhì)量與運動速度有關(guān)”。Rosser[10]的書中有一節(jié)(§5.4.3質(zhì)量隨速度變化的實驗驗證)，其內(nèi)容是針對帶電粒子(電子)的實驗，沒有關(guān)于中性粒子的實驗。因而，“動體的質(zhì)量隨運動速度而變，且遵循Lorentz質(zhì)速公式”，尚不能作為一條確定的物理定律。
Rosser說，只有在闡述了適當(dāng)?shù)睦碚撝螅拍芙o出質(zhì)量等的精確定義；而只有在v?c時，這些定義才成為Newton力學(xué)中的定義。這些話就表明，該書和絕大部分介紹相對論的書一樣，是先驗地確定了相對論正確(Newton理論只是它在低速時的近似)，然后才來討論許多物理概念的定義。
參考文獻[8]中的表5.2(“質(zhì)量對速度的依賴關(guān)系實驗”)中，列出了9個實驗，被測粒子為電子的7個(包含了Kauffmann實驗)，為質(zhì)子的2個。電子和質(zhì)子均為帶電粒子，就算針對它們的實驗“證實了Lorentz質(zhì)速公式”，沒有針對中性粒子的實驗證明，亦不能說該公式適用于一切物質(zhì)的運動“已得到證明”。
胡素輝研究員在2005年12月20日致函筆者說：“質(zhì)速關(guān)系源于19世紀后期對荷電體在運動時產(chǎn)生的電磁效應(yīng)的理論研究，其結(jié)果是出現(xiàn)了電磁慣性概念以及若干質(zhì)速關(guān)系式，其中主要的是：Abraham和Lorentz的關(guān)系式，它們在當(dāng)時得到普遍認同。然而在SR出現(xiàn)以后，由于它的質(zhì)速關(guān)系被認為還可用于中性粒子或物體，于是電磁學(xué)中的質(zhì)速關(guān)系被SR的質(zhì)速關(guān)系所取代，正是由于這種取代，使質(zhì)速關(guān)系陷入疑慮之中。
“在我看來，這源于對質(zhì)速關(guān)系中質(zhì)量m的涵義的認識。按照質(zhì)速關(guān)系的發(fā)展過程，無論在電磁學(xué)中還是在SR中，都是采用將Newton第二運動定律與Lorentz力相結(jié)合的方法得到的?；贜ewton第二運動定律中的m是物體的慣性質(zhì)量，它是物體在改變運動狀態(tài)時顯露出的抵抗能力，其值正比于荷電體所含質(zhì)量(物體所含物質(zhì)的量)，兩者不能混同。盡管在通常的情況下，往往兩者可以不作區(qū)別，但在討論質(zhì)速關(guān)系時就不能將作為物體所含物質(zhì)的量的質(zhì)量來處理。按照這樣的認識來理解和應(yīng)用，質(zhì)速關(guān)系就不會引起疑慮。
“據(jù)此我們得到以下認識：①由于m只代表電荷在運動時出現(xiàn)的阻力，而不是荷電體所含物質(zhì)的量，否則將產(chǎn)生運動創(chuàng)生物質(zhì)的錯誤結(jié)論。因此，對于不帶電的中性粒子或物體，其質(zhì)量應(yīng)和速度無關(guān)。這也與Newton的定律一致。②Kauffmann實驗只限于電子，而且所測為e/m；但對中性物質(zhì)尚未得到實驗證據(jù)。③Lewis和Tolman的推導(dǎo)應(yīng)用了SR速度變換式，但它來自電磁理論，不能作為用于中性物質(zhì)的依據(jù)”。
總之，結(jié)論是明顯的——“物質(zhì)質(zhì)量隨運動速度變”的說法可疑！
5對Einstein“光速極限原理”的批評
現(xiàn)在回到超光速可能性問題上來。根據(jù)公式(1)、(2)，可得粒子能量方程為
取粒子動量為p=mv，則有
故當(dāng)v從低值(v
然而人們很容易看出它違反邏輯——光子是宇宙中的基本粒子之一，它的運行速度是c；但它并未出現(xiàn)能量、動量為無限大的情況。為什么“普適規(guī)律”解釋不了光子呢？！……其實，問題仍然在于方程的有效性如何；正如前面所論述過的，“物質(zhì)的質(zhì)量隨速度變”的說法可疑。既如此，這兩式可能是無效的。
在文獻[2]中，Einstein兩次論述與超光速有關(guān)的問題。第一次是在Pt.I的§4，這一節(jié)的標題是“關(guān)于運動剛體和運動時鐘所得方程的物理意義”。在文中他討論一個半徑為R的剛性球：
第二次論述超光速問題是在Pt.Ⅱ的§10，這一節(jié)的標題是“緩慢加速的電子的動力學(xué)”。其中他討論電子的動能：
“我們現(xiàn)在來確定電子的動能。如果一個電子本來靜止在K系的坐標原點上，在一個靜電力X的作用下沿x軸運動，那么很清楚，從這靜電場取得的能量值為∫eXdx。因為這個電子應(yīng)該是緩慢加速的，所以也就不會以輻射的形式喪失能量，那么從靜電場中取得的能量必定都被積儲起來，它等于電子的運動的能量W。由于我們注意到，在所考查的整個運動過程中，(A)中的第一個方程是適用的，我們于是得
由此，當(dāng)v=c，W就變成無限大。超光速的速度——像我們以前的結(jié)果一樣——沒有存在的可能?！?/p>
再看論據(jù)②；他的公式中m是電子開始運動時的質(zhì)量，用后來物理界習(xí)慣的符號應(yīng)為m，故可寫作
(18)
然而W是電子的動能，即Ek，故上式實為
Ek=E-E0
(5a)
此即本文的公式(5)；因此這里沒有新的物理內(nèi)容。如果物質(zhì)質(zhì)量隨速度變化的觀點可疑，這里不再需要討論。也就是說，即使把速度加大到v=c，也不會出現(xiàn)無限大質(zhì)量和無限大能量的情況。
(19)
(20)
(21)
因而單個點電荷(n=1)電場強度公式為
(22)
(23)
(24)
在1維情況下，只考慮力和電場的數(shù)值時，可有
(25)
式中v0是電子初速，m是電子質(zhì)量；故可得
(26)
在以上表述中，能量未用符號E，是為了避免與電場強度E混淆，且與Einstein一致。然而我們要計算電子做功，只好不用W而用一個有些含混的符號Jw：
但積分限改“距離無限長”為“速度達到光速”時應(yīng)寫作
得到結(jié)果
(27)
如v0?c，近似為
(28)
故電場對電子做功，即使速度達到光速也不是無限大，而是有限值?，F(xiàn)在的結(jié)果與Newton力學(xué)一致，而與SR力學(xué)所說不相符合。
以上兩套理論都未使用量子力學(xué)(QM)——Einstein寫1905年論文時還沒有QM，中國學(xué)者在分析時未用QM。都從經(jīng)典物理出發(fā)，前者分析粗略而后者分析細致，結(jié)果完全不同?！傊肮馑贅O限原理”是錯誤的。
6對相對論力學(xué)的討論
Newton經(jīng)典力學(xué)(NM)是實驗基礎(chǔ)最為雄厚、實用價值也極為重大的科學(xué)理論體系。Newton自己說過[12]，他的書是“精確地提出問題并加以演示的科學(xué)”，旨在研究某種力所產(chǎn)生的運動，以及某種運動所需要的力；是“由運動現(xiàn)象去研究自然力，再由這些力去推演其他運動現(xiàn)象”。他發(fā)現(xiàn)了帶根本性的東西——宇宙中的萬有引力，用來解釋天體的運動?？梢哉f，Newton構(gòu)建了一個有史以來最宏偉的科學(xué)理論體系，它成為現(xiàn)代社會工程建設(shè)的基礎(chǔ)。
Newton力學(xué)不為速度設(shè)限，是其重要特性之一。有的人為了貶低Newton力學(xué)，強調(diào)它只適用于低速運動。其實Newton經(jīng)典力學(xué)并非回避高速現(xiàn)象，引力速度問題即為一例，Newton認為引力傳遞不需要時間，這意味著無限大速度。雖然當(dāng)代的觀點認為引力并非超距作用，但傳播速度比光速大很多(v?c)[13]；這難道不是“高速現(xiàn)象”么？其實，迄今為止并無一種理論可以規(guī)定Newton力學(xué)使用的速度上限究竟是多少。
20世紀20年代QM橫空出世，由此進入了現(xiàn)代物理學(xué)(modern physics)時期?？偟闹v法是：NM適用于微觀世界；但已有許多例表明，NM對微觀也有意義，QM對宏觀也有意義。NM和QM如今既是力學(xué)的支柱，又是整個物理學(xué)大廈的基石。而這兩者都不為速度設(shè)置上限。
相對論力學(xué)的基本內(nèi)容(SR和GR)，提出時間晚于NM、早于QM，它有自己的理論系統(tǒng)，目前仍占據(jù)很高的地位。但其邏輯不夠嚴密，可質(zhì)疑的漏洞較多；而且，其實驗基礎(chǔ)似乎不夠堅牢，有的實驗似是而非，這從本文所舉例子也看得很清楚。這些情況引起了很多的議論和懷疑。在2014年9月21日的一次學(xué)術(shù)會議上，國內(nèi)著名物理學(xué)家、計量學(xué)家沈乃澂研究員說了這樣一段話：“當(dāng)前理論物理學(xué)的困境如何突破需要考慮。過去的理論物理常常是靠猜測；例如Einstein的‘光速不變原理’，所講的是單程光速，但并無實驗證明(迄今只有雙程光速不變得到證明)。又如Einstein說光速不可超越，這也沒有實驗證明。長期以來挑戰(zhàn)Einstein在科學(xué)界被視為禁區(qū)；但我們也看到，雖然大量書籍文獻宣傳相對論，而挑戰(zhàn)這一理論的卻大有人在，這是為什么？量子力學(xué)就沒有這個情況。又如相對論說當(dāng)速度趨近于光速c時，物體長度會變得很短趨于零、質(zhì)量會不斷增大趨于無限大，這些都缺少實驗證明，是不成立的。然而，量子糾纏態(tài)傳播速度遠大于c；1987年超新星爆發(fā)時中微子比光子早到地球；這些都表明了超光速的可能性。再舉一個例子，當(dāng)前米定義是以c為基礎(chǔ)，但前提是c不變，這都有待于提出精確的實驗證據(jù)。”這些話集中代表了人們對相對論力學(xué)的疑慮。
2004年11月在北京舉行了第242次香山科學(xué)會議[14]，主題是“宇航科學(xué)前沿與光障問題”。宋健院士在主旨報告中有幾句話很重要，他說[15]：“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(dǎo)航的工程實踐與SR動力學(xué)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(xué)公式去計算航天器飛行速度要十分謹慎?！?/p>
狹義相對論動力學(xué)(SR力學(xué))的基礎(chǔ)是兩個公設(shè)和一個變換；第一個公設(shè)是相對性原理，第二個公設(shè)是光速不變性原理，時空變換是Lorentz變換(LT)。由于LT，也由于Lorentz-Einstein質(zhì)速公式，又產(chǎn)生了另一推論，即光速是宇宙中的最高度，或說有質(zhì)量物體的速度必小于光速?？梢姽馑僭赟R力學(xué)中具有非常獨特的作用和地位。然而我們得到的結(jié)論卻與SR力學(xué)不同，認為有質(zhì)量物體作超光速運動是可能的?！粌H如此，最新的事態(tài)發(fā)展是，2014年中發(fā)表的Franson理論[16]，以及2015年初發(fā)表的Glasgow大學(xué)研究團隊的實驗[17]，都損壞了真空中光速的恒值性，使c成為“不恒定的常數(shù)”或“不常的常數(shù)”，從而妨礙了SR力學(xué)理論的基礎(chǔ)。至此我們不得不說，與大家十分熟悉的三大力學(xué)(以Newton為代表的經(jīng)典力學(xué)、以Maxwell為代表的電動力學(xué)、以Schr?dinger及Heisenberg為代表的量子力學(xué))相比，SR力學(xué)不能享有同等的基礎(chǔ)地位。也就是說，SR力學(xué)的時空觀似不能反映真實的世界。
廣義相對論(GR)的內(nèi)容和表述方式，與SR不相同，本文不作評論。但有一點應(yīng)當(dāng)指出：為什么Einstein不用“力”，而用物質(zhì)的時空關(guān)系來解釋宇宙？如用“力”，在如此廣大的距離上堅持SR的“光速極限原則”，就會有問題。既然一切(物質(zhì)運動、信號傳送)都不能超過光速，那么力的傳播也不能，就沒法解釋遼闊宇宙中的現(xiàn)實了！SR理論體系不包含引力，然而由于上述原因Einstein在提出SR之后必須研究引力，這就是構(gòu)思GR的起因之一。那么GR如何看待光速？它通過斷言引力波(gravitational waves)存在而且以c傳播[18]，表示GR堅持c是宇宙中的最高速度的觀點。引力作用的研究竟然要把電磁相互作用中的本征速度(c)移借過來，當(dāng)作自己的傳播速度，這是不對的。GR把引力幾何化了——不把引力看成真實的力作用，而當(dāng)作4維時空彎曲的表現(xiàn)?！环矫骐x開了由 Galilei-Newton所定義的作用力概念，另一方面卻又要照搬電磁場與電磁波的方法論，這是說不通的。無論引力傳播速度，或引力波(假如存在)的波速，都絕不可能是光速。這不僅因為不能把引力相互作用與電磁相互作用等同看待，而且也因為僅僅考查太陽系中太陽與地球的關(guān)系就會明白：日地間的作用力的傳遞絕不會像陽光照到地球過程那么“慢”。正因為如此，在1911年德國教授R.L?mmel曾當(dāng)面告訴Einstein[19]：“有的東西比光更快，萬有引力”。兩年后(1913年)，著名物理學(xué)家Max Born也對Einstein觀點(引力作用以光速傳播)表達了反對意見。……實際上前輩科學(xué)大師對此早有論述，例如法國數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家P.S.de Laplace[20]于1810年根據(jù)潮汐造成太陽系行星軌道不穩(wěn)定的長期影響，斷定引力速度是光速的108倍(v=108c)。英國天文學(xué)家A.S.Eddington[21]在1920年根據(jù)對水星近日點進動的討論斷定引力速度v?c；根據(jù)日蝕全盛時比日、月成直線時超前斷定v≥20c。20世紀末T.V.Flandern[22，23]發(fā)表了關(guān)于引力速度的研究文章，引起廣泛關(guān)注。在回顧了Eddington的工作之后他指出，對太陽(S) —地球(E)體系而言，如果太陽產(chǎn)生的引力是以光速向外傳播，那么當(dāng)引力走過日地間距而到達地球時，后者已前移了與8.3min相應(yīng)的距離。這樣一來，太陽對地球的吸引同地球?qū)μ柕奈筒辉谕粭l直線上了。這些錯行力(misaligned forces)的效應(yīng)是使得繞太陽運行的星體軌道半徑增大，在1200年內(nèi)地球?qū)μ柕木嚯x將加倍。但在實際上，地球軌道是穩(wěn)定的；故可判斷“引力傳播速度遠大于光速”。Flandern對引力速度得到兩個結(jié)果：使用地球軌道數(shù)據(jù)作計算時得v?109c；使用脈沖星(PSRl534+12)的數(shù)據(jù)作計算時得v≥2×1010c。
現(xiàn)在我們知道，把光速c作為極限速度的思想，從SR到GR是一以貫之的。因此，說“GR允許超光速存在”，是不對的。雖然速度在GR中沒有地位，但引力波理論是GR的一種體現(xiàn)，而引力波被Einstein定為“以光速傳播的橫波”，這就建立了GR與c的關(guān)系。國際上的引力波尋找雖花費了巨大的人力、物力，至今毫無蹤影[24]；筆者認為可以有引力場而無引力波，這和電磁學(xué)中有靜電場而無靜電波一樣，并不奇怪。
7“聲障”和“光障”都可以突破
人類早已成功地實現(xiàn)了超聲速飛行，這一事實應(yīng)成為我們思考的出發(fā)點。人們注意到，SR的建立從開始就需要對速度的限制；然而把它定為光速是人為的——如把這個限制速度改為聲速，基本的理論形態(tài)完全一樣。那么是否也可以得出結(jié)論說：“聲速是宇宙中的最高速度，任何物質(zhì)(粒子、物體)都不可能以超過聲速的速度運動。”但事實是1947年出現(xiàn)了超聲速飛機，而在今天如果仍有人那樣想就太可笑了。
聲和光雖然是兩個不同領(lǐng)域，但并非沒有可比性[25]。18世紀時數(shù)學(xué)家L.Euler在論文“論聲音的傳播”中給出了3維波方程
(29)
式中f是振動(力學(xué)振動或聲學(xué)振動)變量。故從一開始波方程(wave equation)就是橫跨力學(xué)、聲學(xué)而發(fā)展的。另一方面，從Maxwell方程組出發(fā)得到的波方程為
(30)
(31)
(32)
(33)
正是在非線性處理的前提下，超聲速實驗研究和相關(guān)理論選項及處理均為最優(yōu)化，才造成了超聲速運動(飛行)的成功。在這里，“奇點”的事不再提起。我們可以歸納出以下3個方程：
(34)
(35)
聲速(v=c，β=1，M=1)ρ=kρ0
(36)
式中β是Mach數(shù)，k是常數(shù)，ρ0是相對靜止時的密度?，F(xiàn)在整個事情得到了完美的詮釋，超光速運動研究也必須走這條路。
在空氣動力學(xué)中，動體在空氣中運動如v接近于c(c為聲波速度)，會形成高密度激波，飛行器穿不過去。然而堅持不懈的理論分析和風(fēng)洞實驗，表明激波問題并非不可逾越的障礙。工程師們便開始設(shè)計建造超聲速飛機；1947年10月14日，美國空軍試飛超聲速飛機成功，一舉突破了“聲障”。其實也沒有遇到真正的奇點——v=c時，ρ=6ρ0[15]；就是說氣體密度增大6倍，不存在所謂的無限大。公式ρ=ρ0(1-β2)-1/2并未成為障礙！
筆者認為，1947年Einstein還在世(他去世于1955年)，如果當(dāng)時他打破門戶之見去了解空氣動力學(xué)專家們的工作，知道超聲速飛行成功的事實帶來了諸多啟示，很可能會糾正他自己的“超光速運動絕無可能”的簡單化思維。然而很遺憾，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(xué)家至今拒絕作任何改變。20世紀航空界的飛機設(shè)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。這件事給人們很大教益。由于回顧過去這段歷史，我們可以肯定那造成無限大的“奇點”并不存在——在突破超聲速的研究過程中發(fā)現(xiàn)，即使v=c(用空氣動力學(xué)符號M=1，用相對論力學(xué)符號β=1)，也不曾出現(xiàn)無限大密度。
2010年北京師范大學(xué)劉顯鋼副教授在其著作《動體電動力學(xué)研究》中推出了一個近乎黑色幽默的詞：蝙蝠力學(xué)。該書§5.2的題目是“相對論偽力學(xué)”，之所以這么稱呼是因為其數(shù)學(xué)游戲成分大于物理實驗基礎(chǔ)。書中取β=v/u，v是動體速度而u是聲速；對蝙蝠而言，假如它只有聽覺這一感知方式，其慣性系的傳播與響應(yīng)速度即為u，因而在蝙蝠們看來信號速度不變假設(shè)就成了“聲速不變原理”，而兩個相互作勻速直線運動的蝙蝠間的時空變化也就滿足Lorentz變換(LT)，可以稱為蝙蝠變換，只是這個LT中的c不是光速而是聲速(u)。總之，按SR的方式推導(dǎo)出幾個基本方程后，蝙蝠們相信在達到聲速時動體質(zhì)量成為無限大，而聲速是宇宙中可能的最高速度；這是多么荒謬可笑！可以說，目前仍然是Newton力學(xué)最有實驗基礎(chǔ)，最接近研究對象的本來面目?！瓌@鋼的思想和分析并不是新的，此前已有筆者、宋健院士、空氣動力學(xué)專家楊新鐵教授都指出過：既然超聲速飛行早已成功、“聲障”早已突破，所謂“光障”也會被突破，這只是時間早晚的問題。盡管如此，一位青年科學(xué)家用生動的比喻、深刻的分析再次闡述這一觀點，仍然令人耳目一新。
8實驗檢驗問題
這里評論以下幾個問題：①關(guān)于質(zhì)速公式的實驗檢驗；②關(guān)于直接驗證光速極限原理的Bertozi實驗；③關(guān)于中微子(neutrinos)可能以超光速飛行的實驗。
先看①：前已指出文獻[8]的表5.2中的實驗均只測量荷質(zhì)比；沒有直接測出質(zhì)量與速度關(guān)系的實驗。因此并無多大意義。沒有針對中性粒子的實驗，就不能說該公式適用于一切物質(zhì)的運動。這樣，SR的“光速極限原理”仍是未獲實驗證明的假說。還應(yīng)指出，Einstein[2]的建立SR理論的論文，實際上隱含了“不可能有超光速c”的假設(shè)，亦即“真空中光速，是宇宙中最高速度”是SR理論成立的前提(因為Lorentz質(zhì)速公式和Lorentz變換的成立與c是最高速度等價)。因此用SR不能描述v=c和v>c的物理現(xiàn)象，搜尋和羅列所謂實驗證明也就失去了意義。
鑒于Bertozzi實驗早被寫入某些物理教科書，2005年劉顯鋼[27]指出，由于該實驗是用靜電場給電子加速，而電磁場傳播速度就是光速，用電磁場驅(qū)動電子自然不會超光速。這如同一個人帶球跑動，球的運動速度當(dāng)然不會比人更快，但不能說人跑步的速度就是這個球可以達到的最大速度。粒子在可超光速的驅(qū)動體作用下是可以作超光速運動的，加速過程中質(zhì)量并沒有發(fā)生變化。
2009年季灝[28]發(fā)表了題為“量熱學(xué)法測量電子能量實驗”的論文。他采用了Bertozzi方法的要點，但在直線加速器上產(chǎn)生能量為6MeV~15MeV的高速電子轟擊一個鉛靶(鉛圓臺體)，用量熱法直接測量電子的動能，從而研究“電子質(zhì)量是否隨速度變”的問題。實驗中使用的鉛臺重70g，那么它收到的能量與溫升的關(guān)系可以計算出來：0.031×70×4.18=9.07J；即使鉛靶的溫度升高1℃需要大約9J的能量(計算中0.031g/cal是每克鉛的熱容量，4.18g/cal是熱功當(dāng)量)。因此，論文的實驗結(jié)果是以溫升(℃)為縱坐標、動能(MeV)為橫坐標而表示的，溫度由熱電偶精測。就質(zhì)速關(guān)系而進行的實驗數(shù)據(jù)與SR有很大的矛盾，與 Newton力學(xué)卻很接近。實驗在中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所的直線加速器上進行，它產(chǎn)生了能量分別為6MeV、8MeV、10MeV、12MeV、15MeV的高速電子，在束流引出線上轟擊鉛靶，并得出了上述結(jié)果(Ek從6Mev增到15MeV，溫升很低且無變化)。這個實驗受到人們的重視。
關(guān)于③中微子飛行速度是否超光速的問題，近幾年突然變得令人矚目。1967年G.Feinberg[29]提出了快子理論(theory of tachyons)；把Lorentz質(zhì)速公式寫成
(2a)
又取
m0=jμ(μ>0)
(37)
一個重要問題是如何解釋1987年的事件，當(dāng)時距地球大約16萬光年的大麥哲倫星云中的一顆超新星(SN1987a)爆發(fā)；2月13日10時35分(世界時)，南半球幾個天文臺收到它的光，立即公布這一消息。幾個有大型中微子探測設(shè)備的實驗室馬上查閱數(shù)據(jù)記錄磁帶，結(jié)果有3個實驗室(日本、美國、前蘇聯(lián))都有在7時35分收到中微子的記錄(11個、8個、5個)。中微子比光子早到3h。雖然后來又有4.7h的說法，但究竟是幾個小時并不重要；要緊的是發(fā)生這種情況的原因是什么？概括起來有3種說法：①中微子、光子的速度無差別(都是c)，發(fā)生上述現(xiàn)象的原因在于中微子產(chǎn)生于星球內(nèi)核，光輻射則發(fā)生于星球表面，幾小時的差別是激波從核心傳到表面所需時間[30]；②光子的速度是c，中微子速度是v>c，故中微子早到數(shù)小時[31]；③中微子的速度是c，光子速度是v 中微子飛行速度究竟多大，最好用直接測速來確定，即精測其飛行距離和飛行時間。2011年歐洲核子研究中心(CERN)的一個研究團隊宣布說，在意大利完成的實驗提供了中微子以超光速飛行的證據(jù)[32]，這引起了轟動。但后來CERN的另一個實驗(稱為ICARUS)研究反駁了OPERA實驗結(jié)果。他們檢測中微子束的能量，發(fā)現(xiàn)能量譜是以光速運行的粒子應(yīng)有的能譜，并沒有超光速的跡象。以后又報道說，OPERA實驗中光纜松動可能造成差錯。 從1985年~2015年間的經(jīng)歷事件，可以看出主流物理界對“中微子以超光速運行”的觀點是反對的。但這并未使堅持該觀點的物理學(xué)家放棄研究，有的甚至更積極地提出證據(jù)。2012年艾小白[33]提出，檢驗、促進OPERA實驗的最佳方法是檢測μ中微子的能量速度關(guān)系。2013年R.Ehrlich[34]發(fā)表題為“快子中微子和中微子質(zhì)量”的論文，2015年R.Ehrlich[35]發(fā)表題為“6個觀測符合電子中微子是質(zhì)量mve=-0.11±0.016 eV2的快子”的論文。對于后者，英國物理科學(xué)新聞網(wǎng)站2012年11月26日報道說：“通過稱重法找到速度比光子還要快的粒子”；國內(nèi)的《參考消息》報記載了這篇短文，標題是“稱重法證明中微子或超光速”。 對于“中微子超光速可能性”研究，筆者并不否定，但認為應(yīng)設(shè)法解釋“粒子質(zhì)量為虛數(shù)”的物理意義，而這是十分困難的。另外，不直接測速，“中微子以超光速飛行”又如何讓科學(xué)界相信？因此還需做更多的實驗。 9從波粒二象性出發(fā)設(shè)計新的判據(jù)性實驗 波粒二象性(wave-particle duality)來源于對光的長期研究，后來發(fā)展為物理學(xué)的一個基礎(chǔ)概念，用來解釋微觀世界中的現(xiàn)象。光的波動性(例如干涉、衍射)早為人們所熟知，而光的粒子性在吸收、發(fā)射和散射方面都呈現(xiàn)出來。但波粒二象性不僅在光子這種通常認為“無質(zhì)量粒子”上面體現(xiàn)，又能適用于其他有質(zhì)量粒子(如中子、電子、原子、分子)，因為針對它們的干涉實驗都做成功了?！m然人們早就熟悉經(jīng)典物理中的粒子運動和波動現(xiàn)象；但在微觀世界中情況大為不同。例如對于電子，雖然可以講述它的運動軌跡，但其受測不準關(guān)系式(不確定性原理)的嚴格限制。而電子對應(yīng)的波(通常稱為物質(zhì)波)也不是實體的波動，而是幾率波，波函數(shù)代表出現(xiàn)電子的幾率。但電子是Fermion，一個量子態(tài)只能有一個電子；而光子是Boson，不受Pauli不相容原理限制，一個電磁波模式可有大量光子。因此，雖然光子的幾率波是電磁波，這在表面上并無不同；但大量光子可以不顧幾率波原理而呈現(xiàn)出實體的有能量和動量的波動，因而光波與電子波非常不一樣。 過去的正統(tǒng)觀點認為，無論有質(zhì)量粒子或無質(zhì)量粒子都有波粒二象性；它們有時呈現(xiàn)為粒子(有確定路徑，但不產(chǎn)生干涉條紋)，有時呈現(xiàn)為波(無確定路徑，但產(chǎn)生干涉條紋)；這取決于實驗者如何觀測。但決不可能同時觀察到兩種屬性，即不會掌握粒子路徑的同時又出現(xiàn)干涉條紋。N.Bohr的互補原理大致上也是此意[36]。然而現(xiàn)在情況有了變化——波粒二象性研究的最新進展已證明[37]，在同一干涉儀裝置內(nèi)安裝兩套好的測量裝置(路徑信息和干涉條紋探測器)，分別完成不同功能，互不干擾，以正確方式協(xié)同作用，則可能同時觀測粒子性和波動性。這就表示“絕不會同時觀測到兩種屬性”的傳統(tǒng)觀念會被打破；這對超光速研究意味著什么呢？ 老實說，用一個單獨物理實驗證明有質(zhì)粒子(電子、質(zhì)子、中子、原子、分子)可以作大于光速的運動，是非常困難的。中微子即使真的是以超光速飛行，它能否算得上是“有質(zhì)粒子”也會有爭議。因此，我們提出一個判據(jù)性實驗的新建議——從“有質(zhì)粒子波動性均已被實驗證實”這一有利條件出發(fā)，又由于電磁波的寬闊頻段中(短波、微波、光波)都已做成功多個超光速實驗[38]；因此，可以集中力量研究有質(zhì)粒子的波動(物質(zhì)波的波動)是否會出現(xiàn)超光速現(xiàn)象。如果會，那么根據(jù)最新的波粒二象性成果，實際上就等同于“有質(zhì)粒子可以做超光速運動”得到了實驗證明。這樣做的好處是明顯的；首先是不用對昂貴的加速器作“改造”(這很難得到支持)，其次是可能獲得“超光速超了多少”的數(shù)據(jù)。難點在于如何設(shè)計物質(zhì)波實驗。 據(jù)報道[36]，1982年A.Zelinger實現(xiàn)了中子的干涉實驗；1989年殿村用電子雙棱鏡實現(xiàn)了電子的雙縫干涉實驗。隨后發(fā)明的電子顯微鏡是電子波動性的應(yīng)用研究。1999年Zelinger等又實現(xiàn)了大分子C60的干涉實驗。……這些技術(shù)對于我們設(shè)計新實驗有重要參考價值。 10結(jié)束語 通過細致嚴謹?shù)睦碚摲治龊蛯τ嘘P(guān)實驗結(jié)果的核查，本文的結(jié)論是：有質(zhì)粒子(甚至物體)作超光速運動是可能的。我們甚至沒有引用那些與Einstein不同的時空理論，它們常常是不禁止超光速運動的。本文也未用艱深的數(shù)學(xué)，靠經(jīng)典物理(Newton力學(xué)、Maxwell電磁理論、聲學(xué)、空氣動力學(xué))就提供了清晰的思路，而量子力學(xué)則使我們得以提出新的實驗方法?！赡苄赃€不是現(xiàn)實，用實驗證明有質(zhì)粒子可作超光速運動還是一個有待完成的任務(wù)。對“中微子是超光速粒子”的判據(jù)性實驗亦有待進行。 光速是自然界的重大奧秘之一。超光速問題“茲事體大”——航天專家已提出在將來應(yīng)建造光速飛船或超光速飛船，飛出太陽系探索遙遠的天際[39，40]；其可能性究竟如何？科學(xué)界應(yīng)當(dāng)給出回答?；叵氘?dāng)年，航空技術(shù)發(fā)展到一定程度就出現(xiàn)了“能否設(shè)計制造超聲速飛行器”的思考；今天在航天技術(shù)大發(fā)展的背景下，“未來能否設(shè)計建造光速飛船或超光速飛船”一事，是必定會提出來的。因此，超光速問題相當(dāng)于當(dāng)年的超聲速問題；研究工作是為未來鋪路，有重大的實際意義。 [1]沈乃澂.基本物理常數(shù)1998年國際推薦值[M].北京：中國計量出版社，2004. 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In this article，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，and the developments of the aerodynamics will give good references to break through the light barrier.Before ultrasonic airplanes appeared，people thought a shock wave with great density would pile up when an airplane flied at a speed close to sound，then the airplane could not fly passing through the shook waves.But，according to theoretical analysis and experiments，scientists has understood whenv=c(cis the sonic speed) the gas density will increase by no more than 6 times，not infinite.Then，engineers set out to design and make supersonic airplane.In 14 Oct.1947，US Airforce succeeded in making the first supersonic flight.…… We believe that the same prospect will occur to the so-called light barrier. Base on the particle-wave duality in Quantum Mechanics (QM)，scientists can work along the path of particles or waves.In the past，people know that all microscopic objects behave either as waves or as particles，but never as both.But in recent advances of QM，papers will show a different perspective—it is possible to design experiments to demonstrate that a quantum object can behave both as wave and as particle.According to this situation，we believe it is possible to design experiments on the matter waves.Because several group velocity faster-than-light experiments was a great success，then we expect that the superluminal massive particles (electrons or positrons) may be exists.……In conclusion，the massive particle moving by faster-than-light is possible.But the experimental works will be complete in the future. Keywords：massive particles；light barrier；moving by faster-than-light 作者簡介：黃志洵(1936-)，男(漢族)，北京市人，中國傳媒大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，中國科學(xué)院電子學(xué)研究所客座研究員.E-mail：huangzhixun75@163.com 收稿日期：2015-04-17 中圖分類號：O413 文獻標識碼：A 文章編號：1673-4793(2015)03-0001-16
