CERN 超越光速了！？

這應該算是這幾天物理學界的大新聞了！歐洲核子研究組織 CERN在 22 號公布了他們的實驗計畫 OPERA（Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus）的新發現，那就是：

他們的實驗觀測到：微中子（neutrino）的移動速度比光速還快！
經過計算，微中子移動速度比光速快了六公里！

而這代表什麼呢？基本上，愛因斯坦的狹義相對論裡，最根本的公設之一，就是：

沒有任何物體或資訊運動的速度可以超過真空中的光速。

也就是說，如果 CERN 的觀測結果是正確的，微中子真的超過了光速，那也就代表愛因斯坦的狹義相對論在基本公設上就是有問題的！而如此一來，所有基於狹義相對論的理論、學說，都得重新檢視了！這對於現在的物理研究來說，影響應該會是相當大的！

相關的消息，可以參考《Neutrinos Travel Faster Than Light, According to One Experiment》，在 cnBeta 上，有這篇的簡體中文譯文（連結）；目前台灣也有不少新聞都有相關的報導了，例如《歐科學家實驗驚見// 微中子比光速快 挑戰相對論》、《粒子超光速 挑戰相對論》，而自由時報也有整理一篇《微中子可能打破光速 Q&A 》。

簡單地講，CERN 的實驗基本上是用粒子加速器，把微中子加速後、打到 732 公里外的義大利實驗室；而這樣的實驗他們再三年間重複了 16,000 次，發現微中子到達的所需時間為 2.43 微秒（10^-6 秒），比以光速前進所預期的時間快了 60 奈秒（10^-9秒）（實驗誤差範圍似乎是 10 奈秒）！

圖片來自 BBC 新聞

理論上，重複觀察了一萬六千次的結果，基本上應該是確定了這個實驗的可重複性了。但是實際上，目前大部分的相關研究學者，大多還是對這個實驗結果抱持著懷疑的態度。就連 OPERA 計畫的相關人員，目前也是公開這個「超過光速」的現象，希望他相關的研究單位可以來協助驗證、確認。

所以呢，這件事還不算有定論，還要再經過相當多的檢驗，才能算是一個正式的實驗結果。而如果這個實驗結果被確認的話，也就代表愛因斯坦的狹義相對論在相當大的程度上被推翻了，而現在物理學會許又會再有一次變革了！

額外參考：《是微中子比光還快？還是媒體錯誤報導傳播更快？》

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雖然就算「超越光速」真的成真的話，在短時間內對於一般人都不會有什麼變化，但是對於物理理論的發展，以及十幾年、甚至百年後的科技發展，應該會有相當大的影響的！

比較明顯的是，就是代表「超光速傳輸」是有可能的，也就是可以在光線到達之前，就觀測到其他的資訊；另外我們也可以觀測到「更新」的宇宙資料了（目前觀測一百光年以外的恆星的話，看到的都是他一百年前發出來的光 :p）！

而另一方面，最多人想到的，或許還是：

能超過光速了，那代表回到過去是有可能的嗎？

基本上，這種想法基本上都是由相對論的「時間膨脹」（參考維基百科）、也就是「速度越快的物體、時間越慢」這種現象而來的；他的公式基本上如下：

在這個公式裡，當速度（v）越大、分母也就越小，所以時間就會變大；不過實際上，由於光速（c）的值極大，所以在一般情況下，分母會非常地接近 1，時間膨脹的效果也非常地不明顯。但是當速度越接近光速、時間膨脹的效果就會相當地明顯！而當非常接近光速的時候，時間膨脹的倍數會因為分母非常地接近 0，而變成趨近於無限大！所以才會說，當以光速移動時，時間會是靜止的。

既然速度越接近光速、時間就越慢，那如果速度超過光速呢？基本上，時間膨脹的結果並不是變成「回到過去」的負數，而是會變成虛數…因為純粹代公式的話，由於分母變成要對負數開根號，所以會得到虛數；也因此實際上得到的，不是得到「回到過去」的答案，而是得到進入「虛數時間」的答案。（話說，虛數時間會是怎樣呢？）

不過如果再仔細想想…如果真的可以超越光速，那上面的公式應該也不適用了吧～因為如果真的可以超過光速的話，就代表相對論的公設本身就錯了，那這個基於相對論的公式，去定還有意義嗎？

而講到底，Heresy 個人是覺得，就算真的能超越光速，回到過去也是不可能的啦～這部分 Heresy 之前已經寫過一篇《科幻鬼扯：有可能回到過去改變歷史嗎？》，有興趣的就自己看看吧～

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Heresy 自己怎麼想？和「回到過去」這個命題不同，Heresy 個人認為要超越光速，或許會是有可能的；至少，Heresy 個人不想排除這種可能性！因為實際上在 Heresy 自己來看，目前很多科學的理論，感覺都還不能真正地確定正確，也都還沒有辦法完整、確實地證實…

而雖然愛因斯坦的確是一位偉大的科學家，但是也並不見得他的所有理論，都是神聖不可侵犯的；像他所提出的宇宙常數（維基百科）雖然被他自己稱為「一生中最大的錯誤」，但是現在似乎又被認為有可能是對的。而同時，現在量子力學的發展，也有許多和愛因斯坦的主張不相符合了～

另一方面，到了這種尺度的實驗，其實也很有可能有其他微小的因素，造成觀測結果的誤差的！畢竟，他觀測到的差異，其實也小的很可怕啊…只要有一點點的失誤、或是沒有考慮到的東西，都很有可能造成整個實驗失敗啊～（話說，現在最精確的計時、同步裝置的精確度是多少啊？）

此外，如果實驗結果完全沒問題的，這些微中子真的比光速還快到達目的地，但是是否就代表他超過了光速？還是有沒有可能他是走別的途徑（例如我們還不知道的更高的空間維度），直接走捷徑過去（換句話說，就是空間跳躍？ :p）的呢？這些或許都是有待科學家們繼續研究的了～

最後附帶一提，之前介紹過的科幻遊戲／動畫《STEINS;GATE》（參考一、參考二）裡面的「SERN」，基本上就是在影射 CERN；而這個新聞出來後，很多此作品的 FANS 都在說 CERN 真的開始發展時光機了！ XD

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這篇對 Heresy 來說難得的科學文章，就先到這了～不過，最後，這邊還是聲明一下：

Heresy 自己不是這個領域的，所以上面比較專業的東西，Heresy 無法保證他們的正確性。

而對於 CERN 的實驗，Heresy 基本上也是只有看過翻譯過的資料，非常有興趣的人，建議可以參考《Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam》這份文件（PDF）。而文章內如果有錯誤的話，也請麻煩在回應的地方，幫忙糾正一下吧！

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下面是一些相關的豆知識：

• 歐洲核子研究組織的英文全是「European Organisation for Nuclear Research」，一般是以期前名「歐洲核子研究理事會、Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire」的縮寫 CERN 來稱呼他（詳見維基百科）。近年來他最有名的，就是目前世界上最大的粒子加速器（圓周 27KM）、也就是位於瑞士日內瓦的「大型強子對撞器」、LHC（Large Hadron Collider、詳見維基百科）。

• 微中子是一種在粒子物理學裡，質量極小的粒子。在純理論上，它的質量為 0，行進速度為光速，但是除了這次 CERN 的發現以外，以往也有不少紀錄，發現微中子的速度疑似超過光速。詳系請見維基百科。

• 光速一般是指真空中光、以及電磁波所行進的速度，他的值是固定的，為每秒 299,792,458 公里；這個值是一個「定義」的常數。目前的長度單位，就是根據這個光速的值訂出來的，也就是「光在真空中行進 299,792,458 分之 1 秒的距離為一標準公尺」。（詳見維基百科）

• 四力（強作用力、弱作用力、電磁力、重力，詳見維基百科）的速度也都是光速。

• 目前時間的定義是根據「銫原子鐘」（維基百科）的震動周期而定的，他震動 9,192,631,770 次所需要的時間，定義為一秒。

• 另一種可能做到超光速傳輸的東西，可能是所謂的「量子纏結」（Quantum entanglement、維基百科）？

• 除了速度以外，重力也會影響時間，一般是認為是重力會造成時空的扭曲。所以在大型重力場的範圍內，不但光的行徑路線會被影響（參考：重力透鏡）、時間也會相對變慢（參考：引力時間膨脹）。