《一位老工程师的前沿物理科普贴》
第35节作者:
浅论物理 了解和掌握暗物质无疑会对物质的组成加深了解,会对人类面临能源枯竭危机时索取取之不尽用之不竭的能源收益非浅,会使人类打破思想禁锢迈出进入太空去的突破性的关键步伐。科学永无止境,暗物质告诉人们物理学亦应该如此。
当人们攀岩于陡峭的物质山崖,艰难地寻觅蕴藏在深处一阶小于一阶的物质微粒时,曾否想到过当人们正苦于无力用更大的能量去轰击微粒以求得到更小阶层的微粒时,而各阶层的微粒却正在我们眼前不住地飞舞,并不时厮无忌惮地在我们体内纵横驰骋。其实在混沌年间,自宇宙大爆炸诞生之时它们已经来到这个世界上了,它们的同伙中的一小部分逐渐组成下一阶层的微粒、物质、直至我们目前所能看到的宇宙。
但是更大数量的各阶层的它们,却依然留在太空这个自由自在的世界里消遥自得。它们正是暗物质的主要组成部分。那么人类是否能找到什么捷径来直接找到它们并加以研究利用呢,这比我们异想天开要造如同太阳系、甚至银河系般大的加速器来说是否更现实一些呢?直接利用不成间接控制也不成吗?
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日期:2009-12-24 08:27:04
如同汹涌澎湃的大海所掀起惊涛骇浪似的,超新星一炸惊人,散发出了相当于整个星系的威力,而人们正当惊得合不住口时遥远天际的类星体却嗤之以鼻地说那只是小事一桩,它若一怒至少有比超新星还大一千倍的能量。这些都是超核能!正是人类梦寐以求的目标。极微量的质子就具有一块砖砸向地面的能量,极其微小的一颗高能粒子拥有50焦耳的能量。那怕是那每秒钟从四面八方穿越我们人体百次的次级低能粒子,每一粒都拥有着目前加速器根本无法制造出的粒子能量。
探索一下暗物质,应该能发现巨大能量的来源;能够发现更小的各阶层微粒能量的奥秘。确实,探知暗物质比大海捞针还难,但若能从暗物质处寻求到源源不断的能源也许仍不失为一条上策。
我们应该想想暗物质究竟在哪里,我们又能向它索取到什么?我们可以到2000米的高空,最好是5350米以上高空去寻找这些地球上的稀客粒子。暗物质告诉我们至少在150亿光年范围的宇宙空间,不仅充满难以想象多的能量,并且占90%宇宙中物质一直在漫天飞舞,那么人类干着笨重的体力劳动时,有没有想到地球上的某些物质,能否也能像暗物质运行一样地进行搬运。太空中的能量是取之不尽的,能量又是永恒的。
除了向空间索取能量外,人们在用无线电波传递信息时,曾否想到过,我们能否通过空间来传递能量。譬方,如能像传递电磁波一样将人类的强大的能源电流,也像暗物质运行一般的通过太空来传递,这在理论上来讲应该是可行的;只是不知哪日方能实现。
我们先来寄希望于科幻小说家,也许他们很快就能实现人类的上述理想。这不是奢侈的企求,而恰恰是对能量充分合理掌握、使用的需要。
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日期:2009-12-25 09:51:46
第十二章光速是极限吗
光在真空中的速度为每秒30 万千米。19世纪末期,麦克斯韦成功地把电磁学和磁学统一在他的电磁理论中,他从方程中推算出电磁波在真空中传播的速度刚好是光速,于是断定光波是电磁波的一种。
在牛顿物理中的绝对空间、绝对时间里只有以无限速度运动的物体,在相对匀速运动的坐标系中才具有相同的速度即无限速度。牛顿的万有引力被认为是以无限速度传递的,而电磁波是以有限速度传递的。
1905年爱因斯坦发表的狭义相对论认为光总是以常速度运动。爱因斯坦认为“绝对时间”、“绝对空间”是不存在的。时间、空间、运动、质量都是相对的,而并不是绝对不变的。它们随着物质运动状态的变化而变化,速度越高,变化越大。狭义相对论的第二假设,又称为光速不变原理,认为光速恒定为每秒30万公里,不论光源是运动的还是静止的,光速一律为常数;而超光速在物理学中是不可能的。并认为物体随着运动速度的增加而质量也增加,当物质以10%的光速运动时,质量只增加0.5%;而以90%光速运动的物体其质量增加到原先质量的两倍;并且越接近光速质量越急剧增加;若达到光速时质量要增加无限倍。也为此,爱因斯坦指出超光速在物理学中是不可能的,真空中前进的光速是全宇宙中最快的速度。
1887年美国第一个诺贝尔物理学奖获得者麦克尔逊在与莫雷的共同试验中指出光速是恒定为每秒186000英哩。现代物理学如今均以真空中的光速不变,作为一条不言自明的公理而得到定义!
光速确实极快,每秒可绕地球赤道转七圈半,远高于第三宇宙速度16.7千米/秒。光子可轻轻松松飞出地球引力圈,以及飞出太阳系外。除了黑洞以外,还没有什么天体的逃逸速度能大于光速。也正因为黑洞内的逃逸速度大于光速,因而观测黑洞也便成了极大的困难。爱因斯坦在狭义相对论中提出光在真空中以恒速运动。并且这速度也是全宇宙中最快的速度。光在所有惯性系中速度相同,与光源及观察者的运动状况无关。
1887年美国俄亥俄州凯斯研究所,测量对比了两束互成直角的光线的传播速度;一般来说由于地球的自转与公转在方向及速度上的差异,应该会测得两者不同的速度;但结果却是无论是白天黑夜或是春夏秋冬都未引起这两束光线光速的不同,顺着地球运动方向及垂直于此方向的光速令人惊奇地竟然完全一样。该结果与爱因斯坦在相对论中提出的光速不变原理吻合。
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日期:2009-12-26 10:38:59
在人们一般的思维中,如果从一个运动中的物体上逆着运动方向射出的光线速度应小于30万千米/秒,而顺着运动方向射出的光线速度应该大于30万千米/秒;这当中存在的差异就是很普通显而易见的:光速与该运动物体运动速度的相加或相减的问题。也就是说地球上的人观察一个正以光速运行的光子火箭上的人顺着运动方向所发射出光束的话,对火箭上的人来说该光束的速度应为30万千米/秒,而对地球上的观察者来说该光束的速度应为2倍的光速,即为60万千米/秒,也就是光子火箭的速度与光的速度两者的相加的结果。但是爱因斯坦在狭义相对论中指出:对在任何观察系的人来说,光的速度都是恒定不变的,永远是30万千米/秒。也就是说无论是在该光子火箭上的人,或是在地球上的人,同时观察到的结果是同一的,光束的运行速度都是同样为30万千米/秒。爱因斯坦是如何对此进行解释的呢?
爱因斯坦提出了“尺缩”与“钟慢”两个从未有过的新概念来解释光速不变原理。即前一种就是被称作“长度收缩”的效果,第二种是被称作“时间膨胀”的效果。具体再进一步来说就是运动中的物体它的尺寸将沿运动方向缩短;并且随着速度的增加而缩短得程度越多,以至于当速度达到光速时,沿运动方向的尺寸缩为零。同样类似的道理,运动中的时钟所走的时间会变慢,这是因为时间膨胀了;并且随着运动速度的提高而越变越慢,而当速度高达光速时;时间甚至就会慢到完全停滞不前的状态。这就是爱因斯坦的“尺短钟慢”。
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