你知道吗--现代科学中的100个问题- 第14节

　　　　如果某个具有质量的物体，能够排斥另一个具有质量的物体——其强度和排斥方式正好与一般情况下它们互相吸引时一样，那么，我们就得到了“反引力”，或叫“负引力”。

　　　　人们还从未发现这种引力排斥作用。不过，这很可能是由于我们所能研究的一切物体都是由普通的物质微粒构成的缘故。

　　　　世界上存在着一类“反粒子”，它们在各方面都与普通的粒子相同，只是它们所产生的电磁场恰好同普通粒子相反。例如，如果某一种粒子具有负电荷：相应的反粒子就会有正电荷。也许，反粒子也会具有相反的引力场。两个反粒子会象两个普通粒子一样地以引力互相吸引，但是，一个反粒子却会排斥一个普通粒子。

　　　　麻烦的是，引力场是太微弱了，只有在相当大的质量下，才能发现引力场，而单个粒子或反粒子的引力场，则是无法发现的。我们能够得到普通粒子构成的大质量，但是，迄今仍未能把足够多的反粒子搜罗到一起。而且，时至今日，也没有哪个人能够提出一种能够发现反引力效应的切实可行的办法来。
第45节
　　　　关于这个问题，有另外一个比较长，然而也比较明白的提法。这就是：假若太阳突然不复存在，并且消失得无影无踪的话，地球要在多久以后才不再受到太阳引力场的吸引呢？

　　　　还可以提出一个类似的问题：当太阳消失以后，地球什么时候才不复得到它的光？

　　　　对于第二个问题，答案是大家熟知的。我们都知道，太阳离开地球有一亿五千万公里。我们还知道，光在真空中以每秒３００，０００公里的速度传播。太阳消失前的最后一束光线在离开太阳后，要用８．３分钟的时间才到达地球。换句话说，我们将在太阳消失８．３分钟后才会知道这件事。

　　　　这第二个问题之所以容易回答，是因为我们有好多种测量光速的方法。由于人们能够察觉自遥远星体射来的微弱光线的变化，也由于人们自己能发射出强大的光束，这些测量方法就成了切实可行的事情。。xjqi。

　　　　在与引力场打交道时，我们就没有这些有利条件了。研究微弱的引力场的微小变化是十分困难的，而且，我们也无法在地球上产生强大的引力作用，让它们传播很远的距离。

　　　　因此，我们只好局限于理论上进行探讨了。目前，已知宇宙间有四种相互作用：（１）强相互作用；（２）弱相互作用；（３）电磁相互作用；（４）引力相互作用。前两种是短程作用，随距离的增大而迅速减小，到了超过原子核直径的地方，它们已经微弱得可以忽略不计了。电磁作用和万有引力作用是远程的，它们反比于距离的平方而减弱。这就是说，即使是在天文距离上，也能感觉到这两种作用。

　　　　物理学家相信，两个物体间的任何一种相互作用都是通过交换亚原子粒子来实现的。所交换的粒子质量越大，相应的作用范围就越小。例如，强相互作用是由于交换质量比电子大２７０倍的π介子而产生的，弱相互作用是由于交换质量更大的Ｗ粒子而产生的（顺便说一下，这个粒子还未被发现）。

　　　　如果所交换的粒子根本就没有质量，那么，相应的作用范围就是无限大的，这正是电磁相互作用的情况。这时所交换的粒子是没有质量的光子。这样一束没有质量的光子就是一束光线，或一束辐射。引力相互作用也像电磁作用一样是远程的，因此，它也应该交换一种没有质量的粒子——人们称之为“引力子”。

　　　　而且，物理学家有十分充足的理由假设，在真空中，没有质量的粒子只能以光速运动。这就是说，速度约为每秒３００，０００公里，既不能大，也不会小。

　　　　如果是这样的话，引力子就是以光子的速度前进的。这就意味着，如果太阳消失的话，它所放出的最后的引力子将与最后的光子同时抵达地球。在我们最后看见太阳的一瞬间，也同时失掉了它的吸引力。

　　　　换句话说，引力是以光速传播的。
第46节
　　　　在十九世纪中期，人们就已经知道了四种能越过真空发生作用的现象。它们是：（１）引力；（２）光；（３）电吸引和电排斥；（４）磁吸引和磁排斥。

　　　　乍一看来，这四种现象彼此之间似乎根本无关，似乎没有什么必然联系。然而，在１８６４年到１８７３年这段期间内，苏格兰理论物理学家麦克斯韦从数学角度分析了电与磁的现象。他发现自己得出了一些带有根本性的关系式——麦克斯韦方程组，它们既可以用来描述电现象，又可以用来描述磁现象，这证明两者是互相关联的。只要发生某种电现象，就必不可免地要发生某种确定的磁现象，反过来也是这样。换句话说，我们可以提出一种叫做“电磁场”的提法。这种电磁场存在于真空中，并在接触到空间中的一个物体时，就按照它自己在接触点上的场强来影响这个物体。∨米∨花∨书∨库∨ ；__

　　　　不仅如此，麦克斯韦还证明，如果设法使电磁场以规则的方式发生振动，它就会从这个振动中心向各个方向送出一种辐射，辐射的速度等于光的速度。光本身就是这样的一种“电磁辐射”。麦克斯韦还预言存在着其他形式的光，不过它们的波长分别要比普通光长得多或短得多。二十多年以后，这两种光都被人们发现了。现在我们总是说整个“电磁波谱”。

　　　　因此，本节开始时所提到的四种现象中，有三种（电、磁、光）已经结合成为一种场了。但还有引力场没有被考虑到。这样，我们就还有：（１）电磁场；（２）引力场。它们看起来似乎是两种无关的场。

　　　　然而，物理学家认为，如果只存在一种场（这就是“统一场”），事情就会简单得多，因此，他们一直在寻找一种既能描述电磁效应，又能描述引力效应的理论，以便能够用一种场的存在去描述另一种场存在的本性。

　　　　不过，现在看来，即使发现了这种能把电磁效应和引力效应结合起来考虑的方程组、我们也还是没有找到真正的统一场：自１９３５年以来，又发现了两种新的场。这两种场都只对亚原子粒子才有影响，而且只在不大于原子核直径的距离内才起作用，它们就是“强相互作用”和“弱相互作用”。

　　　　真正的统一场论必须能把已知的这四种场都解释清楚才行。
第47节
　　　　牛顿在１７世纪８０年代首次总结出了物体的运动定律。根据这些定律，不同的运动可以按照简单的算术法则相加起来。假设有一列火车以每小时２０公里的速度从你身边驶过，而车上又有个孩子以每小时２０公里的速度向列车行进方向抛掷一只小球。在和列车一起前进的这个孩子看来，小球的速度是每小时２０公里。而在你看来，火车的运动要和小球的运动加在一起，结果，小球就以每小时４０公里的速度运动了。

　　　　所以，你能够看出，不能单单就小球来确定它的速度。速度是相对于某个特定观察者而言的。任何一种试图解释速度（及有关的其它现象）在不同观察者看来的变化情况的运动理论，都是一种“相对论”。

　　　　爱因斯坦的与众不同的相对论源于这样一件事实：在火车上扔小球的这种做法，似乎对于光就不再适用了。光是能够顺着或逆着地球的运动方向运动的。在前一种情况下，它似乎会传播得比后一种情况下快。这正象飞机在顺风飞行时相对于地面的速度要比逆风飞行时高一些一样。然而，对光速所进行的最精密的测量表明，无论发光的光源如何运动，光速永远是不变的。

　　　　因此，爱因斯坦宣称：假设光在真空里的速度已经测得，那么，它将永远保持这个速度不变（每秒３０万公里），在任何情况下都是如此。对于这一设想，宇宙间的各种定律相应地又该怎样安排呢？

　　　　爱因斯坦发现，为了保证光速是一个恒量，人们必须接受许许多多出乎意料的事情。

　　　　他发现，随着物体运动速度的增加，物体在运动方向上会变得越来越短，直到在达到光速时，长度变到零为止；与此同时，物体的质量会变得越来越大，在达到光速时，质量会变为无穷大。他还发现，当物体的运动速度越来越小时，在运动物体上时间流逝的速度也会不断减小，而在达到光速时，时间就会完全停止。他又发现，质量等价于一定的能量，能量也等价于一定的质量，等等。

　　　　他把上述对匀速运动物体的所有规律归纳起来，并于１９０５年以“狭义相对论”的名称予以发表。１９１５年，他又在讨论变速运动物体的规律方面得出了更为深奥的结果，同时还对引力作用进行了一番新的表述。这些成果被称为“广义相对论”。

　　　　只有当物体有很大的运动速度时，爱因斯坦所预言的某些变化才能被人们所察觉。亚原子粒子就有这样的速度。人们对亚原子粒子进行观测，发现爱因斯坦的预言是正确的，而且还是十分正确的。老实说，如果爱因斯坦的相对论是错误的，我们那些轰击原子的装置就无法运转，原子弹也不会爆炸，某些天文观测也无法进行了。

　　　　不过，在通常的速度下，爱因斯坦所预言的各种效应都是极小的，因此可以被忽略掉。这时，牛顿定律的简单的算术加法就起作用了。由于在我们所处的环境中，牛顿定律总是适用的，因此，它们被我们看作是一种“常识”。而爱因斯坦的定律却被看成“不可思议的”。
第48节
　　　　施加给一个物体的能量可以通过多种途径对这个物体产生作用。如果，铁锤敲在悬空的钉子上，钉子就会得到动能，也就是得到运动的能量，而向外飞去。如果铁锤敲在嵌入硬木里的钉子上，那么，钉子就不会运动，这时，它仍然会得到能量，但这个能量表现为热的形式。

　　　　阿尔伯特·爱因斯坦在他的相对论中指出，质量可以看作是能量的一种形式（原子弹的发明已经确凿地证明他这种说法是正确的）。这样一来，如果对一个物体施加能量，那么，这个能量不但可以通过其他形式表现出来，也可以表现为质量的形式。

　　　　在一般条件下，物体所获得的表现为质量的能量实在微乎其微。因此，过去从来没有人能够把这样小的质量测量出来。直到二十世纪，当人们观察到亚原子粒子以每秒数万公里的速度运动时，才找到了质量的增加大到能够探测出的事例。一个以每秒约２５６，０００公里速度相对于我们而运动的物体，当我们对它进行测量时，它的质量将是它相对于我们静止不动时的质量的两倍。■米■花■书■库■ ；http：//www。7mihua。com

　　　　如果对任何一个正在自由运动的物体施加能量，那么能量可以通过下列两种途径之一进入物体内部：（１）所施加的能量表现为速度，结果，物体的运动速度就增大了；（２）所施加的能量表现为质量，结果，物体就变得“重一些”。当我们对这个物体进行测量时，它所得到的�