特定条件下的交流电速度可能超光速20倍

  物理学家张操教授在研究上又有新发现

  20世纪初,世界著名的物理学家爱因斯坦提出人类最伟大的理论之一——相对论。100多年里,相对论不但开辟了物理理论研究的新纪元,还在很多领域尤其是天体物理学中得到重要的应用。21世纪以后,相对论仍是基础物理学界的研究热门,国内外众多科学家在该领域取得了突破性的成果,张操教授也是其中之一。

  出生于1942年的张操是美籍华人(英文名Tsao Chang)。在1980年,乘中国大地上的改革开放的春风,张操有幸得到了胡耀邦总书记的亲自关心,作为访问学者前往美国进修了近二年。回国几年后,他得到美国二个大学的邀请,作为客座教授去美国讲学,后来在美国 Alabama 大学从事空间物理研究。2013年,他曾经受聘为复旦大学现代物理研究所的外籍客座教授。

  在中国与美国,张操教授曾教授过电动力学,近代物理等课程,发表过研究论文三十多篇。张操最擅长的领域是超光速研究,在该领域的论文中,最早的是发表于1979年的《A New Approach to Study the Superluminal Motion》,中文译名《超光速运动的新途径》。文中介绍了一种推广伽利略变换的时间,当采用这种时间定义时,在任何惯性系观测到超光速粒子的运动,其时间箭头都是正向的。这样,就克服了超光速理论中时间倒演的困难。在1985年的一次国际学术会议上,他预言了中微子是超光速粒子。在2000年,他与复旦大学资深教授倪光炯合作研究了超光速中微子的量子方程。

  经过几十年的研究,张操在超光速研究上又有了重大的实验突破。今年2月份,张操与复旦大学研究生廖康佳以及樊京博士在开源期刊《现代物理》上发表了论文“导线中交流电场时间延迟的测定”。后来他们又发表了三篇论文。张操与廖康佳在今年11月的《现代物理》上发表的最新论文的主标题是:“交流电速度可能超光速20倍”。

  根据实验结果,张操指出:交流电源产生的电动势在电路内产生了交变电势差以及纵向电场。 交变电场在金属导线内带动了电子运动,产生了电流和电功率。交流电(功率)的速度不是常数,它与电路参数相关。在大多数情况下,交流电的速度是低于光速的。但是在特定的电路参数情况下,交流电的速度可以超过光速20倍以上。这就是说,交流电在金属导线中可能以超光速传输信号和电能,而光速并不是一切物质运动的极限。

  张操的结论是由实验获得的。关于实验的方法,他表示:“这个实验很简单,而且优点是实验结果很稳定、容易重复。”同时,他指出了实验的几个特定条件。

  首先,由单根漆包铜线构成回路,单根漆包线的总长度小于10米;其次,构成电路回路的线间尺度小于3米,导线间的分布电容可以忽略;再次,选用交变电信号的工作频率小于3MHz。工作频率越低,效果越好。最后,电路中采用大电阻,微电流。接收端的电阻为1MΩ,所以电路的阻抗严重不匹配。

  “正是在上述特定的条件下,我们的实验发现了低频电信号在导线中的传播速度超过光速20倍。”张操介绍说,人类虽然天天在使用各种电路的电器,可是对于低频电信号在导线中传播速度的研究很缺乏。他认为,纵向交变电场在金属导线中可能超光速传输信号和能量,这是物理理论中被长期忽视的解。电路中的交变电场信号既不是电磁横波,也不是纵波。交变电场信号和电能是导线中每一部分的电场带动电子在进行“纵向同步震荡”。

  对于该实验,有学者提出另一个问题:交流电超光速实验中什么是客体?对此,张操表示,自然界的客体有两种形式。一种是有静止质量的有形物质,如电子、原子、分子等等;另一种是没有静止质量的无形物质——以太(即物理真空,表现为物理场)。现代物理学已经承认真空不空,因此,与其承认“物理真空”是“介质”,不如承认以太是客观存在的无形物质。“就本实验而言,客体主要是导线内部的电场(电场是单位长度的电势差;电势差又称为电压),交流电的速度由导线内的电场决定。电场则带动了导线内的电子,产生了功率。”

  张操还指出,实验的出发点是RL交流电路的电压方程,其中包含了欧姆定律,而欧姆定律是与麦克斯韦方程相互独立的定律,它不服从洛伦兹变换。因此张操认为,狭义相对论不适用于电路。关于电路中的欧姆定律不服从洛仑兹变换,很少有人注意到,教科书里也没有提到。然而,这个问题的确是个重要问题。因为我们每天都在使用电器,如果相对论不适用于电路,那么相对论的适用范围就很有限了。也因为相对论不适用于电路,在特定条件下,交变电信号有超光速现象,也就合情合理了。

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