论电磁学中的负波速和超前波

波动是物质运动的特殊形式,波动力学具有独特的内容、方法和意义,其概念和内涵都和经典力学有重大区别。例如,波速度(无论相速或群速)都是标量,“负波速”并不表示运动方向反了过来,而是一种从表面上看与因果性不相符的特殊现象。无论如何,最近几十年的研究已证明,负波速不仅在理论上可行,在实验中也多次证明其存在。而且,负波速是超光速的一种特殊形态。……本文指出,具有负波速的波动是超前波。它对应电磁场与电磁波基本方程的超前解;过去的做法是抛弃超前解,这是不合适的!关于超前波,虽然早就有这一概念,但从未有人明确指出这个波是真实存在的。本文认为已有的许多负群速实验正是超前波存在的证明。有人用“违反因果律”作为理由,说超前波不可能存在。但是,中国科学家已经对因果性作了更深刻、更全面的解释,这对波动力学和量子光学都是重要的贡献。众所周知,在量子力学中经典的因果律已丧失其合理性和至高无上的地位。2022年的Nobel物理学奖被授予Alain Aspect等3人是很不平常的,因为Aspect的关于Bell不等式的实验完成于1982年,今天来看它仍然是一个证明Einstein的EPR论文错了、而量子力学正确的关键性实验。2022年对Aspect的授奖表明,主流物理学界已不得不承认量子纠缠确实存在,而狭义相对论中的“光速极限论”是一种错误的理论。本文深刻地阐明了负波速与超光速的关系。2013年本文作者提出“电磁波负性运动”这一概念,指出它不仅包含三方面的内容——负波速、负折射、负GH位移;甚至扩展到负物理参数(ε<0、μ<0)的研究。这是过去的电磁理论中前所未有的概括和总结,对未来的科学发展有重要意义。本文指出,电磁波负性运动是自然界固有的一种反映对称性的物理现象。另外,对天线的近区场,文章作了深刻分析和阐述,指出天线近场区就有负速度和超前波现象,这应引起重视。本文创造性地把消失场理论和消失波理论引入到天线近场的分析中,这在过去无人做过。此外,论文对Einstein的负速度理论作了批评;对Sommerfeld-Brillouin的经典波速理论作批判性的继承,指出其不足之处。最后,本文对时间旅行有新的见解,指出其在经典理论中的不可实现性,以及在量子理论中的价值和意义。

论电磁学中的负波速和超前波

波动是物质运动的特殊形式,波动力学具有独特的内容、方法和意义,其概念和内涵都和经典力学有重大区别。例如,波速度(无论相速或群速)都是标量,“负波速”并不表示运动方向反了过来,而是一种从表面上看与因果性不相符的特殊现象。无论如何,最近几十年的研究已证明,负波速不仅在理论上可行,在实验中也多次证明其存在。而且,负波速是超光速的一种特殊形态。……本文指出,具有负波速的波动是超前波。它对应电磁场与电磁波基本方程的超前解;过去的做法是抛弃超前解,这是不合适的!关于超前波,虽然早就有这一概念,但从未有人明确指出这个波是真实存在的。本文认为已有的许多负群速实验正是超前波存在的证明。有人用“违反因果律”作为理由,说超前波不可能存在。但是,中国科学家已经对因果性作了更深刻、更全面的解释,这对波动力学和量子光学都是重要的贡献。众所周知,在量子力学中经典的因果律已丧失其合理性和至高无上的地位。2022年的Nobel物理学奖被授予Alain Aspect等3人是很不平常的,因为Aspect的关于Bell不等式的实验完成于1982年,今天来看它仍然是一个证明Einstein的EPR论文错了、而量子力学正确的关键性实验。2022年对Aspect的授奖表明,主流物理学界已不得不承认量子纠缠确实存在,而狭义相对论中的“光速极限论”是一种错误的理论。本文深刻地阐明了负波速与超光速的关系。2013年本文作者提出“电磁波负性运动”这一概念,指出它不仅包含三方面的内容——负波速、负折射、负GH位移;甚至扩展到负物理参数(ε<0、μ<0)的研究。这是过去的电磁理论中前所未有的概括和总结,对未来的科学发展有重要意义。本文指出,电磁波负性运动是自然界固有的一种反映对称性的物理现象。另外,对天线的近区场,文章作了深刻分析和阐述,指出天线近场区就有负速度和超前波现象,这应引起重视。本文创造性地把消失场理论和消失波理论引入到天线近场的分析中,这在过去无人做过。此外,论文对Einstein的负速度理论作了批评;对Sommerfeld-Brillouin的经典波速理论作批判性的继承,指出其不足之处。最后,本文对时间旅行有新的见解,指出其在经典理论中的不可实现性,以及在量子理论中的价值和意义。

对Klyshko双光子量子成像超前波解释的补遗

20世纪90年代,对于激光泵浦非线性晶体产生的纠缠双光子对之间的空间关联基本物理特征,Klyshko提出了一种有效场的描述方法,称为超前波(advanced wave)。这样双光子光学的问题容易由传统的单光子光学来理解,这也是人类认识自然规律的基本方法。但超前波解释成立的前提需要光路传播的脉冲响应函数满足一个基本关系,本文对该基本关系成立的理论基础进行了讨论。

坑道掘进空间反射波超前探测技术

提出坑道掘进空间的任意炮检对反射波观测系统布置、野外工作方法及其数据处理关键技术。对任意空间炮检对数据处理时,利用τ-p域滤波提取前方界面反射波组,进行射线扫描叠加偏移获得坑道掘进空间的二维地质条件成像结果;根据振幅和极性对异常界面提取,完成对巷道工作面前方地质条件的解释与预报。应用结果表明,反射波超前探测技术系统的空间布置合理,数据采集量大,对掘进坑道前方断层构造及其异常界面的位置探测预报比较准确。

地震反射波隧道超前预报方法的研究及应用

介绍了地震反射波隧道超前预报方法原理和超前地质预报现场实际的应用情况,预报结果印证该方法能够取得令人较为满意的效果。

槽波地震超前探测地质构造在王家岭矿的应用

槽波地震超前探测能够对独头巷道前方隐伏地质构造进行超前探测,提供的地质信息一方面方便巷道及时调整掘进方向或角度,另一方面可以避免巷道快速掘进期间钻探导通导水构造,造成重大损失。因此,该方法对煤矿巷道快速安全掘进具有重要意义。文章以王家岭矿DF43断层超前探测为例,利用槽波地震超前探测方法在12321工作面胶带巷进行探测,综合预测了该断层与巷道可能的交点。结果表明,槽波地震超前探测能够准确预测独头巷道前方隐伏地质构造。

电磁波负性运动与媒质负电磁参数研究

用经典力学分析有质有形物体的运动时,速度是矢量,负速度表示反向运动。但对无质无形的波的运动而言,速度可为标量,不能说负速度仅代表流向反了过来。该怎样理解这种现象的含意?对负波速(NWV)而言,例如当脉冲通过特定媒质时具有负群速(NGV),数值为c/n g(n g<0),它不仅比脉冲通过真空时的速度(光速c)快,而且快到进入媒质前就离开了媒质。由此本文提出了"电磁波负性运动"的概念,并将其与简单的"反向运动"相区别。我们必须接受D'Alembert方程的超前解,理解负速度概念。可以说,自然以她的真实和丰富给我们上了一课,今后她还将继续教导我们。事物的二元性是世界的本质。在现代物理学中,电磁参数成为负值或电磁波作负性运动均常有发生。物理参数为正或为负的本身是自然界对称性机制之一,对其作研究是探索客观规律的一个新途径。

论电磁波传播中的负速度

近10年来,多国科学家以实验研究了在短波、微波、光频和太赫波频段发生的超光速现象。在许多情况下,是发送脉冲后使之作负速度波传播,从而实现超光速传播的。本文概述了在负速度波传播方面的理论研究和实验研究。例如,实验中使光脉冲通过原子气室,其峰值到达入口前即在出口处浮现,呈现负渡越时间和负群速。故群速可以大于光速,可以为无限大,甚至可以为负。近年来,实验和观察中累累发现负速度的超光速现象,故可以认为它是科学研究的前沿之一。

TSP超前预报法在秦安高风险隧道中的应用

为确保高风险隧道施工安全,如塌方、突水等安全事故的发生,采用超前预报避免地质灾害发生,保障隧道中不良地质段的安全施工显得尤为重要。结合宝兰客运专线秦安隧道工程,综合掌子面地质编录资料和TSP超前地质预报系统探测资料,解译探测资料时以地质编录资料为基础,以P波深度偏移剖面、提取的反射层和岩性参数图等P波数据资料为主,结合S波在液体中传播的特性综合判断,成功地预报了掌子面前方的断层(碎裂带)、软岩和地下水。通过预测结论和实际开挖情况相对比,分析了该方法的适应性及其特点,为隧道施工期超前预报中类似工程预报方法的选用具有一定的参考价值。

槽波地震探测技术在淮南矿区中的应用

为了查明淮南矿区工作面煤层、巷道掘进前方构造发育情况,开展了槽波透射法及槽波超前探等多种探测方法应用,获得工作面槽波能量成像以及反射成像剖面,并对结果进行解释与生产验证。应用结果表明,槽波透射勘探实现了煤层内部构造成像,巷道超前探测预测了前方断层位置。因此,槽波探测技术给工作面回采提供了地质保障。

自由空间中天线近区场的类消失态超光速现象

近年来不断有报道说,自由空间中在近场条件下电磁波可以超光速行进。实验中也观测到自由空间中的负波速现象。本文用类消失态原理和超前波理论对此作出解释。通过比较和鉴别,研究了消失场与天线近场的特性。因此我们得到了一种统一的认识和理解,它涵盖了近场超光速性、消失态电磁现象、Maxwell方程超前解、负波速。

电磁源近场测量理论与技术研究进展

讨论了近场的两类基本电磁环境——束缚场与消失态;前者包含静态场(按r-3规律衰减)和感应场(按r-2规律衰减);后者包含消失平面波谱,当离源的距离增大时指数地急速下降。束缚场在本文中称为类消失场。近年来两者都发现了电磁波在自由空间以超光速传播的现象,实验上还进一步观察到负波速。由最近几年的实验,对束缚场而言结果并不支持普遍认为的以光速(v=c)迟滞传播的观点;根据对天线近区内无迟滞现象的观测,提供了束缚电磁场的非局域性的实验证据,有的实验甚至达到了高度超光速,即v≥10c。非局域性是一个量子力学概念,故束缚场的非局域特性可能在经典电磁学与量子力学之间建立紧密联系。在实际应用方面,论述了从辐射近场测量数据转换到辐射远场的技术,包括平面波谱(PWS)法和微波二端口网络散射矩阵法。此外还叙述了与近场微波显微镜发展的有关问题。但本文强调在近场测量中发现的新现象,给出了理论上的多个对偶关系。讨论了近场超光速现象的量子解释,认为应从理论上应用"消失态是虚光子"的思想。本文提出应当重视的一个研究领域是:在不使用反常色散和LHM超材料的近场条件下获得的在自由空间的内向波。最后指出了使用环天线做进一步实验的必要性。

预测未来的科学

"未来无法预测"的说法肯定是错误的。在科学基础上预测未来是常见的事,并不奇怪。典型例子如天气预报,而对地震的研究导致了地震学科的建立。客观世界遵循自然规律,但又是无规、随机、非线性和有突变的,因而预测未来既可能又很难成功。不能用因果性要求批评量子物理实验;可以用因果性对待经典物理实验,但不应死守"因先于果"的时序限制。因果律的精髓应是"在任何情况下果都不能影响因"。在Maxwell-d’Alembert方程求解过程中,完整的数学分析结果是有一个滞后解和一个超前解。过去的习惯作法是抛弃超前解而只留下滞后解,虽然从逻辑上的因果性出发而这样做并不合理,能被人们接受的理由只是"滞后解才与实验情况相符合"。现在已出现了众多的负波速实验,证明了超前波存在,并且在实验中"果超前于因"。这些实验体现了"进入未来"的意蕴,或许可以看成是"时间机器"设想的某种体现。一般认为经过时空隧道可作时间旅行;也可利用量子力学现象,例如纠缠态和后选择。量子隐形传态传送的是量子态而非实体物质,从逻辑上讲量子后选择传态与时间旅行是一致的。因此旅行者实际上未动,而传送的是描写旅行者的全部信息。很明显,在量子理论中时间旅行是可能的。量子力学是未来学发展的动力。……然而未知事物大量存在,要承认未来充满了不确定性;对未来学的研究面临巨大困难,道路是漫长的。

速度研究的科学意义

科学技术的发展史其实就是不断改进和提高速度的历史,因为更高速度表示可以用更少时间克服更大距离。本文突出了在航天时代加快航天器速度的迫切需要。指出近年来多国科学家进行的超光速研究极大地促进了对速度问题的探索。波动是物质运动的独特表现形式,目前对波速度要有新认识。波速研究是波科学探索的一个重点和突破口。本文认为超前波存在,而负波速是超光速的一种特殊形态。我们对波科学中的群速公式作重新推导和阐述,证明2000年的WKD负群速实验并非“在计算上有错误”,指出这个问题也关系到对超前波和因果性的理解。

反射波超前成像预报系统及其应用

矿山及煤矿井巷工程建设需要超前探测技术的有力支持,目前使用的超前反射波探测技术需进一步发展.本文提出了巷道掘进条件下有限空间三维反射波数据采集系统及其现场工作技术方法,形成了一套具有自主知识产权适用于矿山巷道掘进地质条件的反射波超前成像预报技术系统,包括现场硬件系统和处理软件.并应用实际生产中,为矿山、隧道、地铁等地下工程提供了有力的技术保障.

基于地震反射波法的巷道空间地质异常体超前探测

论述了地震反射波超前探测的3个核心技术,即反射波提取、速度分析和偏移成像,针对某矿胶带巷掘进过程中多次遇见小断层或破碎带等异常地质体,采用地震反射波超前探测法在胶带巷迎头后方实施超前探测。根据探测结果,推测出掘进面前方一定范围内隐伏地质异常体的位置和范围,对探测结果进行追踪验证,实际揭露情况与探测结果基本吻合。

巷道振波超前探测技术在煤矿巷道掘进中的应用

本文主要介绍了巷道振波超前探测技术在煤矿巷道掘进的实践应用,主要是利用矿井震波超前探测法控制巷道前方的构造发育情况,减少巷道的报废,为巷道的设计修改和安全掘进提供地质资料。