光速,其实没有那么快。

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1987年2月24日凌晨,意大利Blanc峰下的中微子探测器探测到了一次中微子爆发。三个小时后,另外两个地点的中微子探测器探测到了类似的爆发。大约4.7个小时后,研究大麦哲伦云的天文学家报告发现超新星爆发。这次事件被称为SN 1987A。时至今日,SN 1987A是最广泛研究的一次超新星爆发,但困扰科学家的一个谜团是:为什么中微子比光子先抵达地球?这次事件包含了两波间隔三小时的中微子爆发,而光子比第一波中微子爆发晚了7.7小时。中微子和光子在真空中的传播速度相同,理论上应该同时抵达地球。马里兰大学的 James Franson给出了一个解释:真空光速比爱因斯坦相对论预测的要慢。他解释说,真空中飞行的光子有机会形成电子-正电子偶,其存活时间很短,它们最终会创造另一个光子沿着相同的路径前进。这一过程被称为真空极化。由于电子-正电子偶有质量,银河的引力势会对其产生影响。引力势改变了虚拟电子-正电子偶的能量,转而又对光子的能量产生了一个小的变化,光子的速率因而受到影响。相比之下,中微子不会同样受到影响。组合使用量子电动力学和相对论对光速进行校正,可以解释中微子和光子抵达地球的时间差。

来源:http://www.solidot.org/story?sid=400761987年2月24日凌晨,意大利Blanc峰下的中微子探测器探测到了一次中微子爆发。三个小时后,另外两个地点的中微子探测器探测到了类似的爆发。大约4.7个小时后,研究大麦哲伦云的天文学家报告发现超新星爆发。这次事件被称为SN 1987A。时至今日,SN 1987A是最广泛研究的一次超新星爆发,但困扰科学家的一个谜团是:为什么中微子比光子先抵达地球?这次事件包含了两波间隔三小时的中微子爆发,而光子比第一波中微子爆发晚了7.7小时。中微子和光子在真空中的传播速度相同,理论上应该同时抵达地球。马里兰大学的 James Franson给出了一个解释:真空光速比爱因斯坦相对论预测的要慢。他解释说,真空中飞行的光子有机会形成电子-正电子偶,其存活时间很短,它们最终会创造另一个光子沿着相同的路径前进。这一过程被称为真空极化。由于电子-正电子偶有质量,银河的引力势会对其产生影响。引力势改变了虚拟电子-正电子偶的能量,转而又对光子的能量产生了一个小的变化,光子的速率因而受到影响。相比之下,中微子不会同样受到影响。组合使用量子电动力学和相对论对光速进行校正,可以解释中微子和光子抵达地球的时间差。

来源:http://www.solidot.org/story?sid=40076
这个解释看起来很合理
那中微子的速度是否达到光速呢?
那中微子的速度是否达到光速呢?
看得不仔细呀。
中微子和光子在真空中的传播速度相同,理论上应该同时抵达地球。
coolfile 发表于 2014-6-25 23:54
看得不仔细呀。
我的问题是是否到达理论值
coolfile 发表于 2014-6-25 23:54
看得不仔细呀。
如果光的传播速度在真空中会影响。那么中微子也会不会受到影响呢?怎么知道是否受到影响呢?
coolfile 发表于 2014-6-25 23:54
看得不仔细呀。
中微子既然可以超光速,那么是否相对论错了。他的实际速度应该可以测出来吧,。。。。
这个解释如果成立的话似乎只能说明光子在传播过程中速度低于理论光速,而中微子传播能达到理论光速或者更接近于理论光速,应该不能推翻相对论吧?
xlykko 发表于 2014-6-26 00:06
如果光的传播速度在真空中会影响。那么中微子也会不会受到影响呢?怎么知道是否受到影响呢?
中微子只参与弱相互作用,被影响的程度远远低于光子。

光子是参与电磁相互作用的,所以才会被真空极化给拖慢。
sarchiel 发表于 2014-6-26 15:48
中微子只参与弱相互作用,被影响的程度远远低于光子。

光子是参与电磁相互作用的,所以才会被真空极化 ...
那么,我想知道理论光速是怎么得出来的呢?理论光速是否根本不存在
xlykko 发表于 2014-6-26 16:21
那么,我想知道理论光速是怎么得出来的呢?理论光速是否根本不存在
理论光速可以由干涉实验实际测量得到。

当然因为实验中光飞行路程短,真空极化发生概率低,这个因素可以忽略。

在天文观测中不可忽略,这也可以视为大尺度真空对光速的重整化。
xlykko 发表于 2014-6-26 16:21
那么,我想知道理论光速是怎么得出来的呢?理论光速是否根本不存在
如果要定义理论光速,那么自然应该是定义成没有发生任何真空极化过程的那个光子的速度~
如果要定义理论光速,那么自然应该是定义成没有发生任何真空极化过程的那个光子的速度~
之前有个帖子说根据相对论,光子自身经历时间为零。但真空极化说明光子自身是会变化的,其时间就不为零。从另一个角度理解,也就是光子其实没有达到“光速”。


从超新星爆发本身动力学的角度,中微子释放本身就比光学上亮度极大要早
超新星爆发前整个恒星看上去很大,但核心附近密度较高的区域仍然接近普通恒星的尺度,是非常不稳定的状态。可以说超新星爆发就是从不稳定终于开始坍缩开始的,而这个时刻就是中微子可以逃出核心区域的时刻。因为中微子几乎不跟外面的物质发生反应,就是那时开始光速向我们传过来。
中微子带走了很大热量后,核心区的热压力不能再对抗引力,核心区域开始坍缩。坍缩的过程中引力势能再化成动能然后热能,才能把外层抛出来形成光学上可见的爆发。如果看核心区域坍缩要用多少时间(专业上应该叫“自由落体时标”),可以参考比如太阳表面自转一周的时间(28天?),当然这个数值正比于核心区半径^(3/2)而反比于质量的平方根,超新星核心肯定比太阳短,几个小时的时间是很有可能的。所以几个小时以后才有光子的爆发。如果就是7.7个小时,那什么也看不出来。

其实另一个值得考虑的物理,是如果中微子带很小的质量,那么它的速度就不是光速而是略慢。因为超新星爆发可以离我们非常远,所以和光比起来哪怕慢得很小很小,在漫长的传播时间中也能产生观测效应。但这个不能直接测。
能直接测的原理一样的,是超新星爆发出来的不同能量的中微子速度也不一样(跟光速的差正比于中微子质量和自身能量的比),能量不一样造成的速度不一样也是被漫长的传播时间放大了,造成接到中微子的时间相对拉开了。但是对于目前为止最好的1987A,还没测出中微子速度和光速的差来,也就没测出中微子质量来,只得到个限制。
现在在南极洲的探测器,这样原理的测量可以做得更好,范围多少多少兆光年内的超新星爆发都可以拿来测光速的差。但超新星本身的中微子毕竟有数,太远了也没几个,测起来又很难。再说这毕竟是靠天吃饭,没超新星爆发就不成

从超新星爆发本身动力学的角度,中微子释放本身就比光学上亮度极大要早
超新星爆发前整个恒星看上去很大,但核心附近密度较高的区域仍然接近普通恒星的尺度,是非常不稳定的状态。可以说超新星爆发就是从不稳定终于开始坍缩开始的,而这个时刻就是中微子可以逃出核心区域的时刻。因为中微子几乎不跟外面的物质发生反应,就是那时开始光速向我们传过来。
中微子带走了很大热量后,核心区的热压力不能再对抗引力,核心区域开始坍缩。坍缩的过程中引力势能再化成动能然后热能,才能把外层抛出来形成光学上可见的爆发。如果看核心区域坍缩要用多少时间(专业上应该叫“自由落体时标”),可以参考比如太阳表面自转一周的时间(28天?),当然这个数值正比于核心区半径^(3/2)而反比于质量的平方根,超新星核心肯定比太阳短,几个小时的时间是很有可能的。所以几个小时以后才有光子的爆发。如果就是7.7个小时,那什么也看不出来。

其实另一个值得考虑的物理,是如果中微子带很小的质量,那么它的速度就不是光速而是略慢。因为超新星爆发可以离我们非常远,所以和光比起来哪怕慢得很小很小,在漫长的传播时间中也能产生观测效应。但这个不能直接测。
能直接测的原理一样的,是超新星爆发出来的不同能量的中微子速度也不一样(跟光速的差正比于中微子质量和自身能量的比),能量不一样造成的速度不一样也是被漫长的传播时间放大了,造成接到中微子的时间相对拉开了。但是对于目前为止最好的1987A,还没测出中微子速度和光速的差来,也就没测出中微子质量来,只得到个限制。
现在在南极洲的探测器,这样原理的测量可以做得更好,范围多少多少兆光年内的超新星爆发都可以拿来测光速的差。但超新星本身的中微子毕竟有数,太远了也没几个,测起来又很难。再说这毕竟是靠天吃饭,没超新星爆发就不成

huor 发表于 2014-6-26 21:25
从超新星爆发本身动力学的角度,中微子释放本身就比光学上亮度极大要早
超新星爆发前整个恒星看上去很大, ...


谢谢赐教。我查了查wiki,看来原文说得不准确。正如你所说,时间差是由于爆发的过程,而且差距也不是7.7小时。
Approximately two to three hours before the visible light from SN 1987A reached the Earth, a burst of neutrinos was observed at three separate neutrino observatories. This is likely due to neutrino emission, which occurs simultaneously with core collapse, but preceding the emission of visible light. Transmission of visible light is a slower process which occurs only after the shock wave reaches the stellar surface.[13] At 7:35 a.m. Universal time, Kamiokande II detected 11 antineutrinos; IMB, 8 antineutrinos; and Baksan, 5 antineutrinos; in a burst lasting less than 13 seconds. Approximately three hours earlier, the Mont Blanc liquid scintillator detected a five-neutrino burst, but this is generally not believed to be associated with SN 1987A.[10]
[10]Arnett, W.D.; et al. (1989). "Supernova 1987A". Annual Review of Astronomy and Astrophysics 27: 629–700. Bibcode:1989ARA&A..27..629A. doi:10.1146/annurev.aa.27.090189.003213.
[13]Nomoto, Ken'ichi; Shigeyama, Toshikazu (1987). "Supernova 1987A: Constraints on the Theoretical Model". In Minas Kafatos; Andrew Michalitsianos. Supernova 1987a in the Large Magellanic Cloud. Cambridge University Press. section 3.2 Shock propagation time. ISBN 0-521-35575-3

huor 发表于 2014-6-26 21:25
从超新星爆发本身动力学的角度,中微子释放本身就比光学上亮度极大要早
超新星爆发前整个恒星看上去很大, ...


谢谢赐教。我查了查wiki,看来原文说得不准确。正如你所说,时间差是由于爆发的过程,而且差距也不是7.7小时。
Approximately two to three hours before the visible light from SN 1987A reached the Earth, a burst of neutrinos was observed at three separate neutrino observatories. This is likely due to neutrino emission, which occurs simultaneously with core collapse, but preceding the emission of visible light. Transmission of visible light is a slower process which occurs only after the shock wave reaches the stellar surface.[13] At 7:35 a.m. Universal time, Kamiokande II detected 11 antineutrinos; IMB, 8 antineutrinos; and Baksan, 5 antineutrinos; in a burst lasting less than 13 seconds. Approximately three hours earlier, the Mont Blanc liquid scintillator detected a five-neutrino burst, but this is generally not believed to be associated with SN 1987A.[10]
[10]Arnett, W.D.; et al. (1989). "Supernova 1987A". Annual Review of Astronomy and Astrophysics 27: 629–700. Bibcode:1989ARA&A..27..629A. doi:10.1146/annurev.aa.27.090189.003213.
[13]Nomoto, Ken'ichi; Shigeyama, Toshikazu (1987). "Supernova 1987A: Constraints on the Theoretical Model". In Minas Kafatos; Andrew Michalitsianos. Supernova 1987a in the Large Magellanic Cloud. Cambridge University Press. section 3.2 Shock propagation time. ISBN 0-521-35575-3