電可以跑得比光快？

本報記者 曹丙利 趙文紅

《前沿科學》2017年第1期發表了美國猶他州立大學和亞拉巴馬州大學物理系客座教授張操等4位學者的論文：“交流電超光速的實驗研究”。原中科院上海冶金研究所研究員胡素輝先生在該文的推薦語中寫道：“張操教授的團隊，經過反復實驗，發現在特定的電路參數情況下，交變電場的速度超過光速20倍以上。這個實驗有很多亮點，比如它顯示交流電在金屬導線中由相位變化來傳輸信息是一種宏觀的非局域性效應，突破了相對論的光速是速度極限的觀念。該實驗已被證實是可以重復的。”

一個世紀以前，美國科學家邁克爾遜為了檢驗雙程光速是否不變，設計了一個光學干涉儀，實驗結果促進愛因斯坦建立了狹義相對論。後來，邁克爾遜還做過不等臂的干涉實驗。非常有趣的是，張操教授與他的合作者在復旦大學做了一個小尺度的電學不等臂環路的類似邁克爾遜實驗。通過實驗他們發現，在特定的電路參數條件下，交流電的速度可超光速20倍以上。不過他們也承認，在大多數情況下，交流電的速度是低於光速的。

張操指出，這個實驗有幾個特定條件：一是由單根漆包銅線作為導線，構成二個不在一個平面具有不同長度的電阻—電感（RL）回路，單路漆包線的總長度小於10米。這樣，有效地減少了分布電容；二是在電路回路中，1M歐姆的電阻是示波器的輸入電阻。這個電阻作為交變電壓信號以及電能的接收器；三是電感L1以及L2不是獨立元件，它們是直導線的分布電感。電感量與導線長度正相關（不是正比）。他們選用交變電信號的工作頻率小於2MHz。工作頻率越低，效果越好。

實驗中測量的是一長一短的兩個單導線回路中大電阻上交變電壓的時間差，實驗結果直接由示波器顯示出來。實驗測量到的時間延遲小於1納秒。如果定義交變電場的速度是長度差除以時間差，可以計算出在特定電路條件下，交流電速度大於光速20倍。這個實驗結果表明，交流電在金屬導線中可以超光速傳輸信號和電能。

張操介紹說，人類雖然天天在使用各種電器，可是對於低頻電信號在導線中傳播速度的研究很缺乏。他認為，交變電場在金屬導線中可以超光速傳輸信號和能量，這種觀點在物理理論中被長期忽視了。電路中的交變電場信號不是電磁橫波，它是導線中每一部分的電場帶動電子在進行“縱向同步震蕩”。也就是說，這是一種非局域性效應。

樊京博士在南陽理工學院的實驗室重復了張操在復旦大學的實驗。樊京認為，首先要確定實驗測量的正確性，然後再討論理論解釋的正確性。不能把兩個討論混為一談。根據樊京的重復測量，他指出實驗測量沒有問題。現在示波器的時間分辨率可以輕松達到0.5 納秒。有些人認為幾十納秒的時間差測不准，這是上世紀的概念。

張操表示，這個實驗是中國原創的實驗，有重大的科學意義。張操認為需要進行更多的條件試驗，例如降低信號頻率、增加單根導線長度等。張操和他的合作者由衷地希望能夠與電路專家和電磁學專家一起共同研究，爭取為電路理論以及物理學的發展提供新途徑。

3月下旬，華東師范大學何積豐院士邀請張操教授作了一個科普講座：“電可以跑得比光快？——由實驗說話”，很受學生歡迎。