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发布时间：2024-04-20 12:39
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时间：2024-06-01 23:47
根据巴尔的摩-马里兰大学的詹姆斯·弗朗森的计算，当虚拟的正负电子对在空间中传播时，引力对它们的影响可能会违背爱因斯坦的等效原理。虽然这种影响太小，当前的实验技术无法直接测量，不过它可以解释1987年著名的SN1987超新星爆发期间观测到的一个令人困惑的异常现象。
在现代理论物理学中，四种基本力中的三种——电磁力、弱核力和强核力都是用量子力学进行描述的。而第四种力，重力，目前还没有一个量子公式，现存的最好就是用爱因斯坦的广义相对论来描述。因此，调和相对论和量子力学是物理学中一个重要而活跃的领域。
对于理论物理学家来说，一个悬而未决的问题是引力如何作用于量子物体（比如光子）。天文观测多次表明，光会受到引力场的吸引。传统上这是用广义相对论来描述的:引力场使得时空弯曲，当光通过弯曲区域时，它的速度会减慢(并略微偏转)。在量子电动力学中，在空间中穿梭传送的光子偶尔会与自身湮灭，产生一对虚拟的正负电子。
不久之后，电子和正电子重新结合形成光子。如果它们处于引力势中，那么在短时间内它们以大质量粒子的形式存在，它们就会受到引力的影响了。当它们重新结合时，它们会产生一个能量会发生轻微转移的光子，速度会比没有引力势时略慢。
无法协调的分歧
弗朗森仔细研究了这两种解释，解释了为什么光在穿过引力势时会减速。他决定根据每种理论计算出光线应该减速多少，并期待着得到相同的答案。然而，他却意外地发现:光速的预测变化并不一致，而且这种差异产生了一些非常奇怪的后果。
弗朗森计算出，把光当作一个量子物体，光子速度的变化并不取决于引力场的强度，而是取决于引力势本身。然而，这违背了爱因斯坦的等效原理——即重力和加速度是不可区分的——因为在引力场中，重力势是和质量一起产生的，而在自由落体参照系中，并不是这样。因此，人们可以通过光子在正反粒子对形成过程中针对是否减速来区分重力和加速度。
一个重要的例子是光子和中微子在空间中的平行传播。中微子不能湮灭产生正负电子电子对，因此光子在穿过重力场时会比中微子慢得多，这可能会让中微子在该区域的速度比光还快。然而，如果这个问题拿到自由落体的引力场中观察，光子和中微子都不会减速，所以光子的速度仍然比中微子快。
两个中微子脉冲?
虽然“物理学定律可以依赖于一个参照系”的观点简直是谬论，但它可以解释1987年超新星SN1987a爆炸时观测到的异常现象。中微子的初始脉冲在来自SN1987a的第一束光到达地球之前7.7小时被探测到了。紧随其后的是第二次中微子脉冲，大约在超新星爆发前三小时到达。超新星预计会释放出大量中微子，而第二次中微子爆发与光线到达之间的3小时间隔，与目前恒星坍缩形成超新星的理论相符。
第一波中微子普遍被认为与超新星无关。然而，这种巧合的概率在统计学上是不太可能的。如果弗朗森的结果是正确的，那么第一个中微子脉冲与光到达之间的7.7小时的间隔可以用银河系的引力势减慢光速来解释。尽管这并不能解释为什么在发出光之前会有两个中微子脉冲，不过弗朗森认为第二个脉冲可能与恒星的两步坍缩有关。
仍需怀疑
尽管如此，弗朗森还是持谨慎态度，他认为“我们有非常严肃的理由对此表示怀疑，该论文并没有说明这种影响的真实性，只是说这是一种可能性。”他还对这一想法在不久的将来被证明或推翻表示悲观，他说，另一颗超新星离我们如此之近的几率太低了，而其他可能的测试目前还没有足够的准确性来检测这种影响。
雷蒙德角的加州大学默塞德和弗朗森意见一致,根据观察和实验,“有很多问题需要澄清”最值得注意的是,如果弗朗森早期对于SN1987a的假设的解释是正确的,有两次明显的间隔5个小时的中微子脉冲,但是几乎没有证据表明两个相应的光脉冲。尽管如此,他说:“广义相对论和量子力学之间的存在着根深蒂固的张力……如果，,事实上打比方弗朗森是正确的,在我看来这是一个相当巨大的进步:这算得上是验证元素量子力学正确，广义相对论错误的冰山一角，或者小贴士，谁都说不定呢。”
作者: Tim Wogan
FY: Swliop
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