快子論

快子：一種假設的亞原子粒子，其速度不總是超過光速。至今快子的存在還沒有得到實驗證實。

基本介紹

• 中文名：快子論
• 外文名：無
• 屬性：一種假設的亞原子粒子
• 現狀：至今快子存在還沒有得到實驗證實

性質

據理論上的推測，快子具有奇異的物理性質。它的質量是虛數，它的速度將隨能量的耗散而無限增加，當它的能量趨於零時，則速度趨於無窮大。快子一旦產生，就具有大於光速的速度。要使它的速度減小，必須供給它能量。如要減小到光速，則必須供給它無限大的能量才行，因此其速度不可能減小到光速或低於光速。快子的負能問題是一個複雜的問題。由於負能量的出現，將意味著任何一個物理系統，因為可能無限地釋放快子而處於不穩定狀態，系統將無限地增加自己的能量，從而導致永動機的出現。而且，更為使人驚異的是，即使無限地產生快子對，也不會破壞能量動量守恆定律，同時也不會改變真空中的總能量。另外，根據洛倫茲變換，快子從一個坐標系轉換到另一個坐標系的過程中，可能改變時間的順序，即時間倒流。這樣一來，也許就要出現像打油詩“年青女郎名葆蕾，神行有術光難追，快子理論來指點，今日出遊昨夜歸”所描繪的“奇蹟”。這兩個困難問題雖然可以藉助二次說明原理(即應該將一個具有負能量的粒子看作是先被吸收，然後再發射，這樣一來，負能量與時間倒流和正能量與時間順流的物理意義完全一樣，因而變換坐標系後物理定律依然不變)來解釋，但它並沒有解決不變的因果律的問題。另外，快子有可能以無限大的速度傳播，因而假若存在著快子，就可能瞬時傳遞作用信息，似乎又可能回到“超距作用”論的概念上去。不過，近10多年來，雖說在理論方面和實驗方面都作了不少的工作，但至今尚未取得重大突破。要使快子理論與現代物理學理論協調起來，還需要克服相當多的困難。不過，這卻有可能迫使人們跳出理論框架，克服早已習慣了的觀念，從而產生巨大而深遠的影響。

經典快子的若干電磁性質

1.四維波數與亞光速變換一樣，仍用相位不變性來定義四維波數:因此四維波數在超光速坐標變換下是虛鷹矢。

2.電荷與電荷密度我們認定物體總荷電量與坐標系無關。由於運動方向的尺度發生變化，(超光速下不是尺縮而是尺脹)，電荷密度p與荷電體的三維速度有關，因而也與坐標系有關。考慮到超光速粒子(快子)的電荷與電磁場與亞光速粒子的電荷及電磁場性質應該相同，因此不論‘快子’與‘慢子’，電荷密度p的表達式應該同一。

3.電流密度對於任意慣性系，定義四維電流密度考慮J的變換性質。基於與討論P時的同樣理由，我們認定J，經超光速變換後其前三個分量即實際三維電流密度保持實值，第四分量保持純虛位，這與亞光速變換相同。

快子論的理論發展

本世紀20年代量子力學建立以後，狹義和廣義相對論與量子理論相結合，一直是理論物理學發展的堅實基礎。半個世紀以來，這種結合不斷發展和深化，也不斷接受科學實驗的檢驗。一方面，實驗事實充分證明相對論和量子力學在其有效範圍內是可靠的理論；另一方面，實驗研究和理論進展表明，它們也遇到了一些難以解決的反常問題，其中一些問題是帶有根本性的和革命性的，似乎難以容納在相對論和量子力學的框架內。因此，在相對論和量子力學還處於興盛時期的今天，汲取這些理論的真理性的內容，克服它們所面臨的疑難，進一步探索自然界的奧秘，就已經提到當代物理學家的議事日程上來了。在這裡，我們擬就當代物理學的現狀和革命趨勢，簡要地作一點不甚全面的述評。

狹義相對論誕生以後，人們就一直設法做實驗來驗證它。1958年，有人改進了邁克耳孫-莫雷實驗，得到了“以太風”小於地球軌道速度的1/1000的結論。後來利用穆斯堡爾效應，測得“以太風”的速度為1.6±2.8米/秒，遠遠小於期望值(30公里/秒)。這既是對狹義相對論的驗證，也證明根本不存在19世紀的作為電磁場載體的以太。尤其明顯的是，從宇宙線的探測到高能加速器以及對撞機的套用，幾乎高能物理實驗的各個方面都要涉及狹義相對論效應，可是隨著加速能量的不斷提高，已經確認在小到約為一個質子半徑百分之一的距離內，沒有觀測到狹義相對論的破壞。有人進行了靜止光子質量的實驗及光速測定的實驗，還有人進行了大量有關運動介質的電動力學實驗和直接檢驗尺縮鐘慢的相對論效應實驗，甚至有人用高速噴氣飛機上的原子鐘驗證運動時鐘變慢的效應。所有這些實驗都表明，無論在微觀尺度還是在巨觀尺度，還沒有發現狹義相對論有破壞的跡象。

但是，這一切並不意味著狹義相對論就毋庸置疑了，就沒有進一步探討的必要了。情況完全不是這樣。儘管狹義相對論的具體結論得到了實驗驗證，但是只要它的兩個邏輯前提——相對性原理和光速不變原理——未有確鑿的實驗證據，它們就仍然帶有假設成分和“先驗”性質。愛因斯坦在提出這兩條原理時也是意識到這一點的。例如，他在1922年就光速不變原理寫道：“相對論常遭指責，說它未加論證就把光的傳播放在中心理論的地位，以光的傳播定律作為時間概念的基礎。然而情形大致如下：為了賦予時間概念以物理意義，需要某種能建立不同地點之間的關係的過程。為這樣的時間定義，究竟選擇哪一種過程是無關重要的。可是為了理論只選用那種已有某些肯定解的過程是有好處的。由於麥克斯韋與洛倫茲的研究之賜，和任何其他考慮的過程相比，我們對於光在真空中的傳播是了解得更清楚的。”

事隔60餘年，這種狀況並沒有得到改變。在愛因斯坦提出光速不變原理時，已有的實驗只是說明在閉合迴路中平均光速的不變性，而不是光速不變原理本身。能不能找到更為基本的對鐘手段，或者通過其他途徑，來檢驗光速不變所包含的假定，是有待於科學實驗進一步發展來解答的基本問題。因為光速不變原理是現代物理學的柱石之一，解決這個問題難度較大，影響深遠，結果到底如何，人們將拭目以待。