沈致远
关键词:g-射线爆发,光子色散,随机量子空间(SQS),狭义相对论,量子交缠,非定域性
作者在《论随机量子空间及有关问题》(以下简称原论文)〔1〕中提出“光子色散说”,原论文(6.9)式给出光速
随频率
或波长
变化的色散方程:
. (1)
是Planck长度,
是光速在零频率下的极限值。
2009年5月9日晚8时22分,NASA费米g-射线空间望远镜记录到发生在73亿光年处GRB090510 的一次g-射线爆发,206名作者的论文在Nature网上发表〔2,3〕,并附有详细的补充材料〔4〕。基本观测数据如下:
g-射线源直线距离:
.
低能和高能g-射线到达时差:
.
低能g-射线能量:
;波长:
.
高能g-射线能量:
;波长:
.
是Planck常量。
根据随机量子空间(SQS)理论(1)式计算之时差理论值为:
. (2)
(2)式中取近似由于
。以观测数据及
代入(2)式得到:
. (3a)
以观测数据及光子之长程
代入(2)式得到:
. (3b)
其中换算因子为:
,
。
(3b)式所对应的色散方程为:
. (4)
(1)式及(4)式的两种色散方程可统一表达为:
,
或
. (5)
(5)式中
即(4)式,对应于(3b)式;
即SQS理论的(1)式,对应于(3a)式。
从表面看,观测数据似乎更接近于(3b)式及
的(5)式,但〔2,3,4〕论文作者并不认同。经过对数据的大量统计分析,他们得出结论:此次观测结果使得
理论“非常难以置信”(highly implausible),而对
理论并未“严重设限”(significantly constrained)。如此看来,这次对GRB090510的观测结果既未肯定也未否定SQS理论(1)式之色散方程。
实际上,这类观测无法肯定g-射线源发出时之原始时差,而且还须考虑g-光子在漫长旅途中是否会发生变化,因此很难得出确定结论。
作者提出一实验方案,可直接验证SQS理论引入之光子长程,并可检验量子力学具有争议的“非定域性”(non-locality)。
量子力学认为:处于交缠(entanglement)态的一对光子,即使相隔无穷远,两者之间仍有瞬时相互作用。SQS理论则认为:一对光子保持交缠的最大距离
小于其波长之长程:
. (6)
建议以实验检验(6)式。
在高能加速器中,一对正反费米子对头碰,产生一对以相反方向飞行的光子,这对光子是否处于交缠态可由测定其自旋是否相关判定。设最大交缠距离为
,由(6)式解出光子波长为:
, (7)
对应的光子能量为:
, (8)
在对头碰两侧各距离
处设立两个自旋检测器。从低到高连续调节正反粒子对的能量
。在
时,所产生的一对交缠光子自旋是相关的,注意在达到
的某一能量
时,如观察到这对光子自旋突然变为不相关,就证明(6)式是正确的。(6)式如成立就意味着:SQS理论引入的光子长程确实存在,狭义相对论应作相应修正;一对光子保持交缠的距离确实为其长程所限,无距离限制的“非定域性”不可能成立。
一个实验可判定狭义相对论及量子力学两者是否都需要修正,一举两得!此实验值得做。
位于LHC和Tevatron两加速器能量范围内。希望不久能看到实验结果。
致谢
作者对纽约大学高等理工学院 Leo Birenbaum 教授提供的宝贵帮助,表示衷心感谢。
