光的群速度:一种超越光速的奇妙现象
其中,v_p是相速度,v_g是群速度,ω是光的角频率,k是光的波数。 但是,在有色散的介质中,光的频率和波数之间就不一定是线性关系了,这时候相速度和群速度就会有差别。根据不同介质的色散特性,我们可以将介质分为正常色散介质和反常色散介质。 也就是说,在正常色散介质中,相速度大于群速度。 我们发现,在反常色散介质中,群速度可以大于相速度,甚至可以大于真空中的光速。这是否违反了相对论呢? 因此,在超光速的波包传播过程中,实际上没有任何信息或能量以超光速传递,而只是一种视觉上的错觉。从整体上看,波包从进入到离开介质所花费的时间仍然大于或等于真空中同样距离所需的时间。 有一些实验已经成功地观察到了超光速的群速度现象。例如,1995年研究人员利用反常色散材料(如铯气体)实现了群速度为310倍光速的激光脉冲。2000年,他们又利用相同的方法实现了群速度为-310倍光速(即负群速度)的激光脉冲。 这些实验都表明了群速度可以超过光速,甚至可以为负值,但并没有违反相对论或因果律。因为在这些实验中,并没有任何信息或能量以超光速或逆时间传递,而只是一种色散效应导致的波包变形和移动。 |
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质子质量的奥秘:胶子的能量占主导
也就是由夸克和胶子组成的复合粒子。夸克是一种基本粒子,每种夸克都有不同的电荷、质量和自旋等属性。它们通过强相互作用力将夸克捆绑在一起。质子是由两个上夸克和一个下夸克组成的,每个上夸克带有2/3单位的正电荷,每个下夸克带有-1/3单位的负电荷,所以质子总共带有一个单位的正电荷。上夸克和下夸克的静止质量分别为1.67 MeV/c^2和2.16 MeV/c^2。
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超弦理论与额外维度:桥接广义相对论和量子力学
一个可能的答案是超弦理论,超弦理论还要求在我们所熟悉的三维空间之外存在额外的空间维度。其中一个原因是它们使超弦理论的方程更具对称性和一致性。另一个原因是它们提供了一种将引力纳入量子力学的方法。额外的维度允许在塑造时空几何上有更大的灵活性,这意味着我们可以用低维理论来描述高维空间的物理。当前存在许多不同的超弦理论,它们之间存在着不同的对称性、维度数、振动模式等差异。