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主题:[转贴]不要误解王力军“超光速”实验的意
发信人: jeter()
整理人: (2000-07-27 23:18:46), 站内信件
不要误解王利军“超光速”实验的意义

学术论坛主页http://www.xys.org/cgi-bin/mainpage2.pl

送交者: neo6 于 July 25, 2000 10:04:03:

最近王利军超光速的实验被炒得沸沸洋洋,网上看到
有些人借王利军的实验来攻击相对论,因此我想把这
个问题澄清一下。

http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature
/journal/v406/n6793/full/406277a0_fs.html

王利军在文章的末尾很不起眼的地方加了一句话,
“It has also been suggested[4, 16] that 
the true speed at which information is 
carried by a light pulse should be defined 
as the "frontal" velocity of a step-function-shaped 
signal which has been shown not to exceed c (ref. 4).”

实际上这句话对于正确理解什么是“超光速”才是
至关重要的,其实,按照正确的“信号传播速度”
的定义,王利军的实验根本没有实现信号的超光速
传播,他所实现的只是“群速”的超光速,而“群
速”的超光速并不意味着“信号”的超光速。这些
东西并不需要非常高深的物理学知识,而只需要知
道一些拉氏变换的基本知识。

在王利军上面一段话中文献4是信号在色散媒质中
传播的研究的经典文献之一:

Brillouin, L. Wave Propagation and Group 
Velocity (Academic, New York, 1960).

还有一篇是Sommerfeld的,但是他没列。

我们知道,任何实际的信号都是有起始时间的,
即在某个时间之前信号严格为0。(这里信号通常
是平面电磁波,不过这些细节并没什么好谈的)。

给一个信号f(t), 当t<0时,f(t)=0,那么f(t)
的起始时间就是0。

考虑这个信号在相对介电常数为eps(s)的媒质
中传播距离z之后的信号g(t)。

g(t)的拉氏变换是F(s)*exp(-s*z/c*sqrt(eps(s)))]

F(s)是f(t)的拉氏变换,eps(s)是拉氏变换形
式的相对介电常数(通常写成Fourier变换形式的,
但没有本质区别)

Sommerfeld和Brillion证明了传播后的信号g(t)
必然也是有起始时间的,而且当t〈z/c时g(t)=0.
他们把信号最早开始变成非零的时刻称为波头(wave
front)到达的时刻,波头的速度就是王文中所说的
“frontal velocity”。Sommerfeld和Brillioun
的结果就是:波头速度只能小于或等于真空中的
光速。

这个定理的证明很简单,只用了围道积分和一个
假设,那就是媒质的相对介电常数eps(s)是因果
性的,即如果把媒质看成一个以E(t)为输入以D(t)
为输出的线性系统,这个系统不可能没有输入就有
输出。

王利军说:“In fact, the very existence of
the lossless anomalous dispersion region
given in equation (1) is a result of the
Kramers朘ronig relation which itself is
based on the causality requirements of
electromagnetic responses3, 5. ”,这里
Kramers-Kronig relation是因果性线性系统
所必须满足的系统相应函数的实部与虚部之间
的关系式。他的意思是,他所用的媒质是因果
性媒质,因此很显然,按照Brillioun和Sommerfeld
的结果,波头的传播速度必然是小于光速的。

只有波头的传播速度才可以算作是信号的传播
速度,你不能拿包络的峰值所在的位置来计算
信号的传播速度,因为在包络峰值所在的位置
通过起点之前,信号可能早已开始传播了,拿
包络峰值的位置作比较,只能得到群速度,它
是有可能超光速,甚至有可能是负的,但波头
的速度始终是不超过光速的。

王利军显然很清楚这一点,所以他说:“Finally,
we note that the observed superluminal light
pulse propagation is not at odds with causality
or special relativity. ”。但是他的这句话好象
被人忽视了。

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猴哥,师傅被妖怪捉走啦,我们赶紧分行李吧~~~~

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