超光速实验的一个新方案

超光速实验的一个新方案
黄志洵
（中国传媒大学信息工程学院，北京100024）
摘要：Einstein 的理论并非神圣不可侵犯，超光速将开启新物理学的大门，而自1955年以来一系列理论与实验研究企图发现超光速现象，多个实验显示超光速是可能的。

本文在回顾1955年至2009年的研究后，得到“超光速是可实现的科学陈述”的结论。

因此，狭义相
对论关于“没有可以超光速行进的事物”的说法归于无效。

飞出太阳系是人类长久以来的理想，飞行速度最好达到光速或超光速。

当然这很难做到，但也不是绝对不可能。

1947年超声速飞机试飞成功突破了“声障”一事已成历史，而可压缩流力学似可用到超光速研究中来，即以空气动力学成就作为突破“光障”的参考。

从理论上讲研究“量子超光速性”是很重要的，具体包含两个方面：量子隧穿及量子纠缠态，它们分别对应小超光速（/v c <5）和大超光速（/v c >104）。

现时的超光速研究可考虑用圆截面截止波导（WBCO ）来改造直线加速器，再检验电子的运动；亦即用量子隧穿以实现超光速，而在经过势垒之后波和粒子的能量减弱。

这与突破声障的情况（例如Laval 管）相似。

为了研究飞船以超光速作宇宙航行的可能性，必须尝试使中性粒子（中子、原子）加速运动并达到高速。

然而现实是不存在中子加速器，因此发现以超光速运动的电子（奇异电子）是科学家不妨一试的实验课题。

从波动力学和波粒二象性的观点看，“群速超光速”在实验中取得了广泛的成功，预示着粒子形态的电子以超光速运动的可能性存在。

但后者与前者一样必然是“小超光速”。

这正好体现了电磁作用的传递速度（电磁波本征速度）仅为光速的事实，
作者简介：黄志洵（1936- ），男（汉族），北京市人，中国传媒大学教授、博士生导师，中国科学院电子
学研究所客座研究员。

U n R e g i s t e r e d
亦即无论波动或粒子的运动都只能在特殊条件下比光速c 稍快。

关键词：超声速；超光速；量子超光速性；直线加速器；截止波导；奇异电子
1 引言
超光速研究的意义可从几方面说明。

首先，现在的航天、宇航活动（太阳系内的飞行叫“航天”space flight ，飞出太阳系的飞行叫“宇航”astronautic ）中，宇宙之大使人们觉得光速（c ）实在是太慢了。

例如2003年1月美国航天局（NASA ）与1972年发射的《先驱者-10》探测器（迄今唯一飞出太阳系的人造物体）联系的时间竟然长达11h ，传达指令和通信不能及时完成。

相对论不仅认为物体的运动速度不能超光速，信号传播也不能超光速；但在量子理论中却无此限制。

2008年8月14日《Nature 》发表了瑞士科学家的实验结果[1]，证明量子纠缠态的传播速度是超光速的，即c <v <¥。

我们认为这项研究很重要。

为了把信号速度、信息速度、物理作用速度联合起来研究，2004年笔者提出了一个新概念“广义信息速度”(GIV)[2]。

其次，航天专家已开始思考人类以超光速作宇宙航行的可能性[3,4]。

2007年12月26日宋健院士在致谭暑生教授的信中写道[5]：“说‘光速不能超过’使航天人很不安。

有人讲：‘逛遍太阳系后我们无事可做了’，怎么‘宇航’？……如果宇宙中没有其他传播速度大于c 的相互作用，讲‘尺缩、时长’也许成立。

如果今后发现有，那么以c 去推论宇宙属性就会动摇。

……SR 没有提出可信的理由禁止飞船越过光障。

从逻辑推理看，尺缩、时长、质增都是视现象。

”
再次，2010年2月美国国防部导弹防御局的大飞机携带的高能激光器击落了一枚飞行中的弹道导弹，实现了以光速c 摧毁几百公里外的动态目标，是一个武器光速化的典型事例。

这就使我们联想到未来出现超光速武器系统．．．．．．．
的可能性，虽然今天看来如同科幻小说。

最后，超光速研究将促进波动力学和粒子物理学的发展，特别是可能导致新学科（近光速力学、超光速力学）的建立，从而开启新物理学的大门。

但是，作为脚踏实地的科学家，我们还是要从基础性的研究工作做起；这就是写作本文的初衷。

2 突破“声障”带来的启示
第一架超声速飞机成功实现超声速飞行是在距今63年前（1947年），这表示人类建造的飞行器突破了“声障”（sonic barrier ）。

假如声障至今还未突破，物理学家会不会认为仅为几百m/s 的声速是运动速度的上限？这样讲显得荒唐可笑，但从逻辑上讲并非不可能发生。

现在有必要回顾突破声障的历史，看看对今天的超光速研究（即以突破光障light barrier 为目标的努力）带来怎样的启示。

如所周知，声波是微弱扰动波的一种。

在不可压缩流体中，微弱扰动的传播速度是无限大；这是因为这种流体可视为刚体，扰动传播不需要时间。

实际的气体是弹性介质，是可压缩流体，传播速度是有限值。

为了便于作比较研究，规定声速为c ，则有 c (1) 由于h 、R 的变化区间不大，决定音速大小的主要因素是空气的温度T 。

例如在海平面、T =288K 时，c =341m/s ；而在高空（距地表10km ）、T =223K 时，c =300m/s 。

故声速不是常数，在不同高度并不相同。

作为气流速度v 与当地声速c 的比值的Mach 数（M =/v c ），U n R
e g i s t e r e d
相同的M 值并不表示相同的v 值。

所谓“突破声障”是指飞机实现超声速（M >1）飞行，这是在1947年10月14日，当时美国X-1火箭动力研究机达到速度v =1078km/h [6]，对应M =1.105。

1954年2月28日，美国F-104战斗机原型机试飞，达到声速的2倍（M =2）。

真空中光速c =299792458m/s ，约为341m/s 的8.8×105倍。

如此之大的差距，再加上真空中光速c 是基本物理常数之一（声速却不是常数），把两个领域（声学、光学）的事情放到一起，似乎没有可比性。

但波动力学的发展却告诉我们相反的结论。

1759年L.Euler 首次得到了2维波方程，是对矩形或圆形鼓膜振动的分析；以f (x ,y ,z ,t )代表膜位移，c 是由膜材料和张力决定的常数，他得到
22f x ¶¶+22f y ¶¶=21c 22
f t ¶¶ 在他的论文（“论声音的传播”）中进一步分析得到了3维波方程
2f Ñ=222f a t ¶¶ (2) 式中2Ñ=22x ¶¶+22y ¶¶+22z ¶¶，而f 是振动（力学振动或声学振动）变量。

故从一开始波方程（wave equations ）就是横跨力学、声学而发展的，对数学家而言声学和力学的边界是模糊的。

由于光的电磁波本质，声学与光学的关系，可理解为声学与电磁学的关系。

从Maxwell 方程组出发得到的波方程为 2y Ñ=21v 22t y
¶¶ (3) 式中v =，而e 、m 是波传播媒质的宏观参数。

(3)式与(2)式的一致性说明，波动过程有统一的规律存在[7]。

因此，尽管声波的传播速度与光波的传播速度数值上相差巨大，但从数学上和物理上对“突破声障”和“突破光障”作比较研究仍是可能的和有意义的。

在以后的论述中我们将不断把空气动力学方程与电磁学方程作比较。

静电场是最基本的场；任何静电荷产生的电场的旋度为零，静电场是无旋场。

在体电荷密度为零的区域电位函数满足Laplace 方程。

在空气动力学中，研究流体运动时使用两个基本函数，即位（势）函数f 和流函数y ；当气流速度低时平面流动中视气流密度r 为常量，并以Laplace 方程描写2维流动：
22x f ¶¶+22y f ¶¶=0 (4) 22x y ¶¶+22y y ¶¶=0 (5) 这是不可压．．．
的无旋流方程，它们是2阶的线性微分方程。

如气流速度增大，到一定程度r 应视为变量，可压缩流体．．．．．
作平面无旋流动时的基本方程为[8] U n R e g i s t e r e d
22(1)x v c -22x f ¶¶22x y v v c -2x y f ¶¶¶+22(1)y v c -22
y f ¶¶=0 (6) 22(1)x v c -22x y ¶¶22x y v v c -2x y y ¶¶¶+22(1)y v c -22y
y ¶¶=0 (7) 显然，若c →¥，方程退化为较简单的Laplace 方程，此即不可压流体的情形。

我们注意到，
虽然出现了因子22(1)v c
-，但并未出现“声速c 不能超过”的情况。

理想流体的可压缩流有多种解法，其中之一是扰动线化法。

参考直匀流的情况，规定来流的流速为v ¥，声速为c ¥，Mach 数为M ¥；那么位（势）垒方程经处理和线化后，在2维流动条件下可得
2(1)M ¥
-22x f ¶¶+22y f ¶¶=0 (8) 线化过程中限定M ¥不能太大，即不是高超声速流；亦不能是跨声速流。

我们注意到，在亚声速流场上，M ¥<1，2(1)M ¥->0，方程是椭圆型的；其性质与不可压流的Laplace 方程基本一样。

然而对超声速流场而言，M ¥>1，2(1)M ¥-<0，方程成为双曲型的，情况有很大变化。

总之，描写亚声速、超声速的运动方程是不同类型的。

而对描写跨声速流动的运动方程而言，是混合型、非线性方程，求解析解十分困难。

这样就出现了“计算流体力学”，它与我们熟悉的“计算电磁学”十分相似，所用的方法（如有限元法、有限差分法）也是相同的。

所谓声障是指飞行器的速度曾长时间在亚音速（M <1）的水平上徘徊，以声速（M =1）飞行的企图遇到了实实在在的困难。

早期的飞机速度慢，按不可压缩流体处理空气动力学问题便可满足要求。

当M ≥0.4，可压缩效应渐显，接近声速（M →1）时机头前空气密度急剧增大。

当M =1，流体中的扰动相对于飞机已不传播，而是集中形成波面；机头与前面空气相遇时强烈压缩，密度剧增．．．．形成无形的墙（激波．．
），造成的阻力称为波阻。

它消耗发动机功率约75%，带来很大困难。

这时需要发展“近声速空气动力学”和“超声速空气动力学”。

20世纪20年代、30年代都有关于跨声速流动的理论研究，决定性的进展却是在40年代。

1945年美国科学家提出了后掠翼理论，对克服激波影响的效果是把飞机速度提高到近声速．．．。

克服声障的努力是科学家、工程师、设计师协力进行的，从理论研究到超声速飞行成功，科学界与航空工程界联合攻关仅用了约20年时间。

可以说是“还没有来得及争论不休”，突破声障就成功了！很明显，所谓“突破”包含两个方面——能否突破和如何突破。

回顾历史，在这两方面突破声障的过程都给我们深刻的启示，留下了宝贵的经验。

在空气动力学中，可压缩流体的速度势的波方程，经过线性化的形式为 2(1)b -22x f ¶¶+22y f ¶¶=22t f ¶¶ (9) 这里我们用符号b 取代符号M ，是为了把相对论与空气动力学作比较。

上式表示，从本质上讲波动力学的基本操作是对微分方程的辨识和求解。

钱学森（1911-2009）和T.von Kármán （1881-1963）一起，在20世纪30年代最早提出了高超声速流的概念，为飞机克服热障、U
n R e g i s t e r e d
声障提供了理论依据。

他们的理论应用于高亚声速．．．．
飞机的设计；实际上是在亚声速区域内把小扰动理论向非线性有所推进，虽然不能用于超声速问题的计算，但避免了奇点——在v =c 时不会出现无限大质量密度。

这叫虚拟气体的切线方法，实际上是一种非线性可压缩流的形式。

它在今天仍有参考价值。

现在让我们来看看奇点问题。

前面所说的“当M =1时空气密度剧增形成激波”，并没有说“当M =1时空气密度剧增到无限大”。

杨新铁[9]指出：“早期只研究了亚声速流动；按照小扰动理论，对于缩口管道流动，如把相对静止时的质量密度定为0r ，那么相对速度为b 时的质量密度就增长为：
r (10)
上式与狭义相对论（SR ）的质速公式完全一样。

如b
=1，密度会成为无限大，即奇点。

从这个理论公式看，如果有超声速，就会算出虚数质量密度”。

然而，后来的发展用事实证明了那个质量密度无限大只是数学式子上的无限大，搞工程的人只要不被那个数学式子挡住路，就可以产生超声速。

宋健[3]指出，超声速飞机穿过声障的气体密度只增大6倍。

在19世纪末，为了发展蒸汽涡轮机需要流速尽可能高的气流。

人们依照传统缩小管道截面，以为可以获得超声速气流，结果都失败了。

瑞典工程师Carl Laval(1845-1913)用先收缩截面再扩大截面的方法获得了超声速气流，并以此为基础于1889年制成了蒸汽涡轮机。

也就是说，在不断缩小的喷管后头接上一段截面扩大的管子，再做实验时发现在扩大部分出现的竟然是超声速流动。

这就找到了使气流连续地．．．
从亚声速加速到超声速的方法，相应的技术称为Laval 喷管。

我们对此可作理论上的说明——对于线性描述有无限大奇点存在，转到非线性描述后就没有了无限大奇点。

而且，在转到超声速区域后，物理规律也变了——压力越低、密度越小，能量越少，速度反而不断增大。

这时密度随相对速度变化的规律改变为 r (11) 因而即使b >1，也不出现虚数。

杨新铁[10]指出，出现奇点现象本质上是因为强非线性问题被当作小扰动线性方程求解问题，物理学的SR 与空气动力学中的可压缩性线化描述是一致的。

为了借鉴空气动力学中的强非线性描述方式就得容许对SR 添加一些高阶的非线性的修正。

……对他的意见笔者有如下理解：空气动力学所处理的是复杂系统，在20世纪40年代其发展经历了从线性化处理到作为非线性系统而处理的阶段。

然而SR 自诞生后就凝固化了，仍停留在初期的线性化阶段，而且理论物理学家拒绝作任何改变。

航空界的飞机设计师们却没有诸多的理论思想限制，很快就实现了超声速飞行。

总之，把今天讨论的光障与过去的声障作比较研究是合理的，人类实现超声速飞行的过程带给我们有益的启示。

这虽不预示很快就将实现超光速飞行，但端正认识后将能较好地指导今后的一些实验。

3 怎样看待“光障”
先看物理学中与“光障”有关的理论。

1905年Einstein [11]推导了电子动能公式
U n g i s t e r e d
k E =20m c 1éùêúúúú
û
(12) 0m 是电子的静止质量；规定
g = (13)
则有
k E =20m c (1)g - (12a)
使用SR 动质量公式：
m =0m g (14) 则得
k E =2mc -20m c =
E 0E - (12b) 这里E 是总能，0E 是静止能量。

上式也就是
k E 20m c - (12c) 式中p 是动量，p mv =；由上式可得
22v c =220201k m c m c E æö-ç÷+èø (12d) 对于电子便可计算出定量的函数关系曲线，纵坐标用/v c 或22v c 都可以（数值取0~1），横坐标可取比值20k E m c （数值取0~14）。

计算得到的22v c ~k E 关系曲线，起始段v 随k E 增加而增大，后头逐渐趋于饱和，始终保持v <c (无限趋近于c 而不能达到c ) 公式(12d)是由方程(12c)推出的，而(12c)的得到来源于下述两式： E =2mc
(15) m (14a) 因此，不可能出现v >c 的加速后果，可以两方面解释：①Einstein 的推导假定电子在静电力的作用下缓慢加速，而电磁场本身不能提供比c 更高的速度；②SR 质速公式在v >c 时所出现的虚质量m 的无意义性，决定了不会出现v >c 。

……然而，正如前面所说，SR 理论对出现奇点的判断是可疑的；正如空气动力学时当v =c (声速)时密度不会是无限大一样，电磁学中v =c (光速)时质量也不会是无限大。

现在看看科学界的一些实验。

1964年美国W.Bertozzi [12]用直线加速器LINAC 进行针对U n R e t e r e d
公式(12d)的实验，他计划中的能量范围是k E =(0.5~15)MeV ，但实际上只有 1.5MeV 和
4.5MeV 的实验才有可用的数据。

因而，实验者的结果——认为方程(10d)已获得证明，因而“超光速不可能性”也获得了证明——，是非常不充分的。

在国内，近年来季灏[13]在上海应用物理研究所进行了实验，实验在直线加速器上进行，方法与Bertozzi 相似（Bertozzi 是电子束轰击铝盘，测量该盘的温升；季灏是电子束轰击铅盘，测量该盘的温升）。

电子能量分别为8MeV 、10MeV 、12MeV 、15MeV ，所选能量为Bertozzi 实验计划的高端范围。

据计算，k E =8MeV 时电子速度v =0.9982c ，k E =15MeV 时电子速度v =0.9995c 。

这些数据是由公式(10d)算出的v ，实际上是否这么大并不清楚。

实验的结果是奇怪的——铅台的温升并未在提高k E 时随之升高，而是大体上处于不变的状态（其值比Newton 力学值稍高，但都不随k E 的增大而升高）。

这种怪异的现象当然需要作出解释，而“回到Newton 力学”只是可能的几种解释中的一种。

我们再回顾2006年发表的测量电子动能与动量关系的实验[14]，它是复旦大学物理系朱永强副教授协助季灏先生完成的。

这里也涉及Newton 力学与SR 的对比，前一情况下有
k E =
122mv =12m 2p =212mc 2()pc (16) 对电子而言m =e m ，可以算出k E 与pc 的函数关系曲线。

由于pc =()e m c v ，pc 是具有能量量纲的物理量，与电子速度v 成正比。

取pc =0~2MeV ，可以画出k E ~pc 关系曲线。

当pc 增加时k E 迅速增大。

另一方面，SR 的k E ~pc 函数关系即公式(12c)，它与(16)式根本不同，当pc 增加时k E 较为缓慢地增大。

在复旦大学物理系的实验室内，使用90
Sr →90Y →90Zr 原
子核衰变中发出的b 电子束，电子能量从0到2MeV 连续分布，电子速度从低速到高速都有；它们射入真空室后在均匀磁场作用下作圆周运动，然后被能量探测器接收。

实验结果是，磁场B ≤600Gs 时实验曲线与SR 理论曲线吻合（实验时B=265Gs~633Gs ），而在(800Gs~1210)Gs 时与SR 理论曲线相差较大，却靠近Newton 力学的理论曲线。

因此实验证明k E = 20m c -是一个近似公式。

综合以上实验，回顾空气动力学中对飞行器达到声速（v =c ）时的奇点问题的处理， 便可以领悟到问题出在哪里。

相对论中处处出现的因子g =21/22(1)v c --，使动体的质量、动 量、能量在v =c 时都成为无限大。

这绝非真实物理世界的反映，无论质量、动量和能量都没有成为无限大的可能。

中国科学院资深科学家、电磁理论专家宋文淼[15]指出，造成Einstein 的历史局限性的原因在于，在他那个时代电磁波的真实性质还远未揭示。

例如早期都用平面波或球面波来表示电磁波，现在我们知道这两种波在实际上都不存在。

Einstein 分析时所用假设是基于一种理想的光而非真实的光。

今天的电磁波首先是一个赋形波束，只有主轴上才接近Einstein 所定义的光速，而在偏离主轴的任意方向上所测得的光速从理论上讲都是超光速。

所以SR 假设的时空关系仅为一种近似关系而非真实的物理内容，所谓4维时空下的不变量方程完全脱离了现实。

“光速不变性”呈现的是一个僵化的光，光子成为一种在任何情况下速度都恒定化的特殊粒子，这就扼杀了对光作真实物理研究的可能性。

总之，如果要改进粒子物理学，或者说是要改进整个的物理科学，那么就要处理SR 理论中常常会出现的无限大。

可以借鉴空气动力学中的理论和方法，重新导出微观粒子的动能U n e g i s t e
r e d
与动量的关系方程。

当v =c 时不出现质量的（因而动量的和能量的）无限大是合理自洽新理论出现的必要条件．．．．。

国内学者有这种理论[16]，但还有待实验的检验。

实验证明才是充分条．．．件．。

……众所周知，处理光的问题已有多个学科（光学、波动力学、量子光学、量子电动力学等）。

尽管如此，笔者仍认为需要建立一门新学科：近光速力学．．．．．
，以便处理以下3类问题：①v 非常近于c 、但不等于c 的情形（例如c >v ≥0.99c 的情形）；②v =c 的情形（光子的运动就属于这种情形）；③v 比c 大、但大得不多的情形（例如c <v ≤1.01c 的情形）。

目前关于中微子（neutrinos ）的运动速度人们尚无确切证据，证明它属于3种情况中的哪一种，这可以作为论证“近光速力学”的意义的例子。

4 超光速研究与加速器技术
一个理论是否正确，首先要看它在逻辑上是否自洽，其次要看它是否能通过精确实验的检验。

遗憾的是，“光速极限原理”在这两方面都存在问题。

由于狭义相对论得到的有关物理量都含有系数g ，所以，如“光速是最大速率”成立，则狭义相对论的物理量可测量：如“光速是最大速率”不成立，则狭义相对论的物理量不可测量。

由此看出：“光速是最大速度”本身就是狭义相对论的前提假设。

因而，1905年的Einstein 论述是不严密的——不易察觉的隐含性假设在这里公然变成了推导出的结论。

至于人们常引用的“光速不可超越的实验证据”——强大的加速器都无法将带电粒子如电子、质量加速到光速（美国的Stanford 直线加速器，电子速度可达0.99999c ），更谈不到超光速。

但这是可以解释的——电子作为一个被动的运动体，在自身就受到光速运动限制的电磁场的驱动下，其运动速度不能超过光速；但并不能说明，电子在一个能够超光速运动的驱动体的作用下，其运动速度也不能超越光速。

因此，不能用Bertozzi 实验或与其原理相同的加速器实验证明“真空光速是自然界中一切物质运动和能量传播的极限速率”。

不仅如此，不能用与Bertozzi 实验原理相同的加速器实验证明“电子的质量随着其运动速度的增加而增大”。

因为电子在被电场加速的过程中质量并没有发生变化。

有的加速器技术书籍说[17]：“电子直线加速器利用射频场加速电子；而按照相对论，电子的速度不可能超过光速……”这里典型的逻辑互证——用“相对论正确”说明“电子不可能被加速到光速以上”，又用“电子作亚光速运动”来证明“相对论正确”。

一方面，假如在未来人们用改装过的加速器使电子以超光速运动，这种“互证法”立即破产；另一方面，即使以目前的现状来分析，上述论点也不能自治。

首先，“不能用现有的加速器产生超光速粒子”与“宇宙中没有超光速粒子”不是一个概念。

迄今为止中微子（neutrinos ）以什么速度运行仍然是一个谜，存在着三种可能性：亚光速、光速、超光速。

有的物理学家认为中微子就是超光速粒子[18]，足以证明不能用加速器实验说明一切。

其次，众所周知迄今尚缺少对中性粒子加速的技术，只能间接检测，实验是困难的；而对带电粒子（电子、质子）进行加速完全是依靠电磁场的方法；光是电磁波的一种，电磁场的本征速度即为光速c ，因而全世界．．．的加速器都是亚光速加速器．．．．．．．．．．．．
，用这种设备怎么可能把带电粒子加速到光速c 以上？再者，使粒子作高速运动的办法并非一定要依靠加速，例如，世上并非没有以光速运动的粒子，光子即以光速c 运动，而它的速度并非经由不断加速的方法得到的。

事实上没有慢光子，使光子“变慢”的唯一方法是使之消失。

其实没有人认为应当依靠无比巨大的能量来获得超光速粒子；早在1904年（SR 诞生的前一年），著名物理学家Arnold Sommerfeld （1868-1951）发表过一篇文章（见K.Akad.Wet. Proc., Amsterdam, Vol.8, 1904, 346），指出在超光速（v >c ）条件下粒子失去能量时将加速，给粒子能量时它将减速。

因此一味提高能量根本不是获得超光速粒子的正确途径。

总之，以下两点结论应当是没有疑问的：①用亚光速加速器不可能把粒子加速到超光速；U n R e g i s t e r e d
②现有加速器实验的状况并不能作为SR 理论正确性的证明。

而且我们面对的情景是复杂的，不能作简单化的理解。

例如，结论①并不意味着不可以用现有加速器作超光速研究。

参照1962年Bilaniuk [19]关于快子（tachyons ）的论文（O.Bilaniuk, et.al., Am.J.Phys., Vol.30,1962, 718），两位瑞典科学家（Nobel Institute of Stockholm 的T.Alv äger 和M.Kreisler ）在美国的Princeton-Pennsylvania Accelerator 上进行实验，企图通过记录其电磁辐射的方法发现所谓的meta 粒子（具体讲是meta 电子）。

这种Cherenkov 辐射有点像超声速飞机造成的激波．．。

Alv äger 加强了电场，并用Cesium-134产生的g 射线轰击预期的快子源。

结果没有发现快子的轨迹。

实验者认为，待发现的超光速粒子可能是不带电的中性粒子，这就为检测带来了困难。

……实验虽然失败了，他们的实验过程和方法却被记录下来（见T.Alv äger and M.Kreisler, Phys. Rev., Vol.171,1968, 1357）。

科学史表明，重大发现在获得成功和被确认之前一般都有一段充满挫折和失败的历史，它们构成了对人类探索精神的一曲曲颂歌。

特别是对加速器产物的辨识方法上有困难，因而很难讲专家们是否曾经忽略了高能加速器中业已瞬间出现的代表超光速粒子存在的物理事件。

我们知道，在历史上用加速器辨认反粒子的出现也曾遇到过困难；而且，甚至有物理学家认为反粒子就是快子的一种。

笔者的观点是，说“反粒子就是快子”过于武断，但我们也不能排除这样的可能性——有的反粒子是以超光速运动的粒子。

那么实验上又如何辨识呢？宋健院士于2003年9月1日对笔者的谈话中曾说[20]，一位著名实验物理学家曾对他讲，反粒子的发现是由于检测到的径迹反常（该由上向下走的径迹却是由下向上走）；尽管超光速粒子也会出现径迹方向相反，但由于SR 理论说光速不能超过，故判断该径迹是由反粒子所造成。

……这位粒子物理学家的话使我们认识到在高能物理研究中存在着某种不确定性。

以下的关于在超光速研究中应用现代加速器技术的可能性的讨论，最先是西北工业大学的航空工程力学专家杨新铁教授提出的[10]。

在后面的小节中我们再详细阐述笔者的观点。

首先，重温利用非线性消除、越过声障这个奇点的历史。

说明了这种考虑的理论基础是物质场和电磁场的本构方程是一致的。

这样，就可以把相对论变换看成是一种更广义的物质性方程求解过程中间所采用的近似方法，从而探求新的系统描述。

并按这种理论的特征考虑实在的电子加速器实验和检验。

超光速情况下粒子运行具有以下两条规律：第一是减小能量反而增大速度，第二是在超光速情况下解的不连续性。

利用这两条原则指导加速器中的测量，于是得到对于加速器存在的非线性混沌运动的新认识。

特别是，利用减小能量和加强解的间断性得到的调控手段，使强流电子束产生的复杂的束晕-混沌现象得以加强，由此产生分布变化，然后进行数学拟合。

此结果都可以作为超光速粒子行为的间接证据。

总之，仅仅单向增加加速器的能量将不能达到和超过光速。

在声学介质流动上来说就对应于缩口管道流动，试验发现出口的密度随着流速提高，几乎吸收掉所有能量，所以速度总也超不过声速。

过去所有加速器设计一味只追求加大能量，缩小粒子束截面，这正如以前的声学实验中一味增加压力和缩小口径流管喉道一样，单调变化是无法使物质超过波的传播速度的。

单方向增加粒子的能量只能使得粒子束接近光速，永远超不过光速。

对于加速器里面的粒子来说，一旦采用新的强非线性系统方程．．．．．．．．
来研究其运动，亚光速到超光速的过渡将没有奇点。

这不仅为设计新的实验提供了理论基础，而且对于加速器的设计和测量的理念都带来很大的变化。

上述这些意见希望得到加速器专家的重视和支持。

理论分析表明，粒子越过光速后的行为有两种可能——遵循双曲分支解或遵循椭圆分支解。

如果反向调制不足，粒子就沿着亚光速的规律运行，超光速区的产生实际长度依赖于反向调制的实际条件，如果反向调制强度过高，也可能沿着比较强的间断面返回椭圆型分支的运行状态。

这时物理机制还不清楚，也可能由电子等粒子的能级发生跃迁反映出这个变化。

也就是说由于能量的间断变化，电子放出的是不同频率的光子。

这个光子的频谱应当和加速器固有的同步辐射或者其他种种不稳定性造成的辐射有所区别。

因此，试验检测就可以从电U n R e g i s t e r e d。