地外文明探索與超光速研究（四）

從事超光速研究是需要有點精神的。2005年，是愛因斯坦發表光子學說和狹義相對論100周年。縱觀愛因斯坦的一生，稱他為偉大科學家這一點沒有問題。但是，他去世已經快半個世紀了。狹義相對論是相對真相還是絕對真理?對他的理論是僅僅頂禮膜拜還是使之向前發展？不同的科學家就有不同的態度!我們認為，不應該神化愛因斯坦，不應該把他的理論當成宗教，要與時俱進，要反對“兩個凡是”，這才是對待愛因坦的正確態度。

——黃志洵

黃志洵：1936年生于北京一中國傳媒大學微波工程教授，電磁理論與電磁兼容學專業方向的博士生導師。中國科學院電子學專家所客座研究員。國務院頒證“做出突出貢獻的專家”。曾主持設計一系列電子儀器和設備，并在國內外發表科學論文120余篇。

超光速研究的后期大約是從2000年開始的。在這一年，旅美的中國青年物理學家王力軍在《自然》雜志上發表的一篇論文引起了相當大的反響，該文的題目是《增益輔助的超光速傳播》、它描繪了王力軍小組設計并實施的實驗，特點是使用反常色散狀態并獲得負群速。我們知道，雖然在20世紀初就有一些著名物理學家(如愛因斯坦、A．索末菲、L.布里淵)討論過負速度這一概念，但有關負速度的實驗卻是在20世紀末到21世紀初才真正得以成功的。王的實驗用銫原子氣體在光頻實現了負群速：Vg=-c／310這時，光脈沖在尚未進入氣室時就離開了氣室，這一現象引起了許多爭論。

王力軍小組開創的光脈沖超光速實驗，引起了廣泛的興趣。但是必須指出，理論和實驗都表明，實現負群速比實現超光速群速要求更強的反常色散，即折射率n隨頻率f的變化關系要更陡峭，故負群速是更厲害的超光速。

受王力軍實驗的激勵，隨后在全世界有多個研究組進行了類似的量子光學實驗，例如，美國M．D斯特納等實現了Vg=-c／19.6(2003)，北京大學的陳徐宗、肖峰等實現了Vg=-c／3000－c／1667(2004)等等。在頻率較低的無線電波段，馬自達和羅伯遜用電脈沖進行實驗也獲得Vg=-1.2c(2002)。上述情況表明，用無源系統或增益系統都能產生超光速群速乃至負群速，但用增益系統時可實現失真非常小的信號傳送。

近期超光速研究的一個特點是，展開了對各種物理作用的速度的探索。2005年，筆者提出的廣義信息速度(general information ve—locity，GIV)的概念，基于如下考慮：首先，在傳送信號時可以沒有實質性的內容(即沒有消息)，因而信號速度與信息速度不能混為一談。其次，在GIV中我們列出了作用速度。

那么，什么是作用速度的含義?所謂“作用”對應的英文詞是“interaction”，在實際中分為兩種情況：①既有力效應又有能量傳遞的作用，如引力場的作用、電磁場的作用、核強力、核弱力作用均屬此類。②沒有力效應也沒有能量傳遞的作用，量子糾纏態即屬此類，亦即EPR問題。實驗證實，在量子世界中似乎有一種超距的、即時的聯系(相關)存在，體現在量子糾纏態中，但并未發現力效應、粒子傳遞和能量輸送。

近年來，研究較多的是引力作用速度，并擴展到量子糾纏態的作用速度。對引力速度來講，牛頓認為是無限大，愛因斯坦認為是c．但也有一系列的超光速數據：108c(P．拉普拉斯，1810)，>20c(A．s．愛丁頓，1920)，2 x 1010c(T．佛蘭德倫，1998)。2003年，s.科佩金和E．弗馬龍報告說測出了引力速度，它就是c，但這一報道并未獲得美國科學界的支持。

1935年，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森發表了一篇批判量子力學的文章，后來被稱為EPR論文或EPR思維。然而到了1951年D．伯姆所闡述的EPR思維提示了一種奇怪的量子相關。當兩個旋轉粒子相互作用后分開很遠，其自旋相等而相反，故可從一個推斷另一個。根據量子力學，兩者的自旋都不確定，直到測出為止。測量確定了一個粒子的自旋方向，量子相關使另一粒子立即接受確定的自旋。這一結果即使二者相距若干光年也可成立。這種遠距離作用暗示著，粒子間有一種超光速作用存在。這是愛因斯坦所不能接受的——正是這類事使他苦惱，并與量子力學保持距離。

1981年～1983年。法國物理學家A．愛思博領導完成的實驗，以高精度證明結果大大違反Bell不等式，而與量子力學的預言極為一致。他們的實驗不僅是靜態的，而且用動態裝置檢驗了EPR的可分性(即局域性)原則，為物理學評價提供了可信的根據。在這些試驗公布之后，擁護量子力學、不同意EPR的物理學家人數增多了。法國物理學家Bd’埃斯帕納說：“幾乎可以肯定局域實在論有錯誤。”英國物理學家、諾貝爾物理獎得主B．約翰夫森說，也許宇宙的某一部分“知道”另一部分，即一種有條件的遠距接觸(雖然互相不在一起)。

但是，人們對“超距作用”的存在仍有很大的疑慮(這不就回到了牛頓的絕對空間)。當然，也有人(如K．波普)認為，“應當考慮存在超距作用的可能”。可見，對EPR思維的討論又與“超光速的可能性問題”相聯系著。至于D．伯姆，他在1992年去世前，一方面排除了“用超光速傳遞信息”的可能性，但又說：“從深層次看就會發現有超光速的東西。”

科學家對量子糾纏態的研究導致了量子信息學的建立。為了避免別人說自己“反對愛因斯坦”，一些研究量子信息學的專家謹慎地與超光速研究拉開距離。然而，不久前有報道說，2000年N．吉森等在瑞士的實驗測量得到量子糾纏態的作用速度為(104～107)c。這是一個重要的情況，表示這個作用速度不是無限大，而是超光速的。雖然這并不表示可以自動實現所謂的量子超光速通信，亦即量子糾纏不能傳遞經典信息，但證明量子信息超光速也有其意義。

有關國內外在超光速研究方面的進展，筆者曾寫過三本著作：《超光速研究》、《超光速研究新進展》、《超光速研究的理論與實驗》。