狭义相对论与超光速运动

近来年,王力军等利用增益线性反常色散,证明了激光脉冲在铯原子气中的超光速传递;激光脉冲在此区域以超过光速c甚至负的群速传递,而脉冲的外形无改变.以往课本上说,没有任何东西,包括光本身的传递能快于光.新的实验表明它不再正确.研究表明,如果人们相信超光速运动可能存在,那么按照爱恩斯坦的方法,利用芬斯勒时空ds4=gijkldxidxjdxkdxl取代通常的闵柯夫斯基时空,我们可以得到新的时空变换.基于新变换的讨论不仅可保留Einstein狭义相对论的全部内容而且包容超光速运动.     

学术自由讨论是科学发展的前提——评黄志洵新著《超光速研究新进展》

2002年夏季，黄志洵教授的作《超光速研究新进展》出版。书中介绍关于超光速研究的重要理论和实验进展，并按三个部分叙述不同领域的有关研究，如超光速理论与实验、反常色散与负群速（王力军等人的光脉冲超光速传播实验）、波粒二象性理论的成就和问题、EPR思维、中微子质量研究进展等。这是一本内容新颖、丰富、生动的好书，对读颇具吸引力。章强调指出，学术上的自由讨论是科学发展的前提。     

量子力学与超光速运动

在量子力学创立时,理论上受到两个物理上的基本限制:一是普朗克常数h(或h),它常以能量子ε=hv(或ε=hω)的形式出现;另一个就是狭义相对论,它除了能量和动量关系不同于牛顿的表达式外,更主要的是加上了光速不可逾越的限制.而量子力学的各种概念几乎都涉及到超光速运动,因此,量子力学的建立和发展过程就是一个回避超光速运动描述的过程.而物理事实表明,超光速运动或许是亚原子内部运动的基本特征.因此有必要用新的观点来重新审视量子力学.     

超光速运动和狭义相对论的局限性

近年来,实验和观测已发现了多种超光速现象,这是科学研究中的一个新的前沿.笔者对超光速理论作了简单的回顾,指出洛仑兹变换中的时间定义不是物理学的唯一时间定义,还可以用一种推广的Galilean变换(GGT)定义另一种物理学时间.当描述超光速粒子(快子)运动时,GGT的时间箭头总是正向的,不会出现时间倒演问题.GGT变换是洛仑兹变换的一种非标准形式,也是洛仑兹物理思想的继承和发展.物理学家已普遍承认:真空不空.如果把真空称之为"以太场",这仅仅是一个术语问题.以太场具有复杂的量子特性,它与超光速运动之间可能存在某种内在的联系.近年来各国对中微子质量平方作了精确测量,全球实验的平均结果为负值,由此可以推测中微子可能就是超光速粒子.介绍了中微子作为自旋为1/2的超光速粒子的一种Dirac型方程及其量子性质,为弱相互作用中宇称不守恒的事实作出了新解释.     

Subluminal and superluminal light propagation via electromagnetically induced transparency in radiatively and inhomogeneously broadened media

Contrary to popular belief, we demonstrate the feasibility of generating superluminal (and subluminal) probe (and signal) light via electromagnetically induced transparency in a medium comprising coupled double-ladder systems. This scheme can be realized in both homogeneously (radiative) as well as in inhomogeneously (Doppler) broadened atomic systems. Unlike more intricate earlier schemes, our scheme is based simply on steady-state propagation dynamics resulting from compensation of the inevitable absorption losses by large nonlinear gain generated through appropriate choice of the pump and coupling fields. We show how easily in this scheme the speed of weak probe (and signal) fields can be switched from subluminal to superluminal by simply varying the strengths of the coherent pump and coupling fields. Furthermore, it is shown that under these conditions both the signal and probe fields are intensity matched and both propagate with the same subluminal (or superluminal) group velocity without suffering loss or gain for long distance in the medium.     

近年来国外的超光速实验

近10年来,多国科学家进行了微波及光脉冲的超光速传播实验,其中不少实验是利用所谓量子隧穿效应而实现超光速的,而意大利科学家则在微波和开放自由空间条件下在短距离上完成了超光速实验.2001年8月,J.Webb等人报告了对精细结构常数α的变化的研究结果,该研究是根据对类星体的观测,所分析的光是宇宙早期时天体发出的光;分析发现那时的α较小(故c较大)等等.笔者对超光速实验作了较详尽报道.还讨论了关于超光速相速实验方面的一些新情况.     

中微子研究新进展

自从前苏联的V. Lubimov（1980年）和瑞士苏黎世大学的W. Kundig（1986年）发表了关于中微子质量的研究以来，进一步的工作已在日本等国展开；现在有一批实验室在进行中微子研究。文章论述了两个关键问题，即光子与中微子的相似性和令人感兴趣的超光速中微子理论。     

论狭义相对论的理论发展和实验检验

狭义相对论（SR）可概括为10个主要方面，即1个变换，2个公设，3个公式，4个推论。目前对狭义相对论的质疑集中在“光速不变公设”和“光速不能超过推论”这两方面。1992年以后的10年间已做成了若干超光速实验，有的在经典领域，有的在量子领域。2001年，有迹象表明在大的宇宙时间尺度上光速缓慢减小，这引起了对光速是否真的恒定不变的质疑，SR似已受到挑战。国际科学界如使新理论成立，将是Einstein提出SR以来的一次科学革命。     

航天导航测量机制的启示和时空理论

在分析航天导航测量机制的基础上建立了时空理论的新概念.惯性导航的测量原理基于惯性质量和引力质量等效原理.GPS测量机制的特点为单向电磁信号传播及透明的导航电文.光速不变原理对应坐标时定义,而相对性原理对应原时定义,Lorentz因子正是这两个时间定义之间的转换因子.对应坐标时定义的速度不能超过光速,但对应原时定义的运动真速度没有极限.超光速运动对应负质量和负能量.     

Equivalent geometric transformations for spin and orbital angular momentum of light

We consider the analogous geometric transformations for spin and orbital angular momentum states of light. Spin angular momentum is manifested as polarization and its possible transformations are typified by those introduced by waveplates and the rotation associated with optical activity. Orbital angular momentum is associated with the mode structure of the beam and, while the action of a waveplate is similar to that of a mode converter, the equivalent analogue of optical activity is not obvious. We reason that the equivalent is a rotation of the transmitted image. We consider the extent to which an image orientation of this type might be achieved by a coherent fibre bundle, twisted around its central axis. The possibility of equivalents to the Kerr, Pockels and Faraday electro-optic effects for orbital angular momentum is raised.