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01

世界杯足球赛的某场关键比赛中,主队和客队在120分钟内战成了0:0,只能通过点球大战决出胜负。双方共派出的10名主发点球的球员依次出场,在前9次的点球互射中,主队和客队分别打入4个球。此时,客队最后一名发点球的13号球员出场了,全场观众都安静了下来,气氛紧张到了极点。如果他成功打入这个点球的话,那么客队将获得整场比赛的胜利。世界杯的历史将再一次刷新,而13号球员将和他的队友教练员们一起成为整个国家的英雄。

120分钟的比赛几乎耗尽了队员们的绝大部分体力。不过13号是下半场才替换上场的小将,体力充沛,加上教练员要求大家全线龟缩,因此13号此时看起来充满着信心。只见他不慌不忙的走到点球区,将本届世界杯的专用足球“普天同庆”按在草皮上,摆正了方向,再缓缓后退3步。此时,对方门将也异常紧张,双眼紧盯13号的双腿,祈祷能够有奇迹发生。

裁判的哨声响起,13号大力推射,门将奋力扑救,球应声入网。全场顿时响起轰炸机般的呜呜祖啦声,庆祝客队取得了本次比赛的最终胜利。客队的替补球员们冲入球场疯狂庆祝,而主队的球员们则垂头丧气的避开摄影机镜头,打算迅速离开这个伤心之地。主队门将1号拾起球门内的足球,正打算狠狠的摔一下发泄失败的烦闷。可是他发现情况有些不对,追上去将球呈给了裁判。裁判立刻判罚进球无效,比赛仍未结束,同志仍需努力。

原来,被13号射出的“普天同庆”,在空中飞行的一段时间后,竟然变成了上一届世界杯专用足球“团队之星”,然后落入球门。根据本届世界杯的规则,这样的进球无效。

真的有奇迹发生了吗?当然,谁也不会相信这样匪夷所思的事情,除了专门研究匪夷所思的粒子物理学家们。“普天同庆”不可能变成“团队之星”,不过组成“普天同庆”的基本粒子,夸克,电子,以及发射出的中微子们,却个个都有“七十二般变化”的本领。如果那一脚射出去的是电子中微子的话,那么飞入球门时,很有可能就变成μ子中微子;如果“射门”距离更长的话,后者很有可能又在途中变回原来的电子中微子。这样的现象叫做“中微子振荡”。那么,好好的中微子为什么非要振荡呢?你是“普天同庆”就是“普天同庆”,为什么非要变成“团队之星”呢?如果要变的话,有没有可能变成2002年的“飞火流星”呢?要想了解这个问题,让我们先了解一下中微子是个什么东西吧。

“士农工商”——中微子和它的兄弟姐妹

我们给基本粒子分类起名字,就像给任何新鲜事物起名字一样,总是力图概括它的基本特征。而这一概括,总是建立在某些特殊背景的基础上,使普通读者们觉得词不达意,“不知所云”。比如,我这样的理科书生看电影《杜拉拉升职记》,发现开头的人物介绍完全看不懂,什么“大客户经理”,“行政秘书”,“助理人事行政经理”,不知道在说什么。如果有人在旁边介绍一下,说“大客户经理”相当于饭店里管包厢服务员的,“行政秘书”是扫地打杂的,“助理人事行政经理”是小监工领班的,我就能明白了。所以,让我们了解一下中微子和它的兄弟姐妹,以及基本粒子物理的一些背景吧。

就像中国古代社会分为“士农工商”四个阶层一样,自然界存在着四种的基本相互作用:强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用,引力相互作用。“士”是能量最大的一级阶层,它能够管理其余三个阶层。而强相互作用顾名思义是最强大的一种相互作用,参与强相互作用的物质基本粒子——夸克,同时也参与弱、电磁、引力其他三种相互作用,是基本粒子中质量最大的一类。例如质量最大的顶夸克,跟一个铅原子的质量差不多。强相互作用把夸克“捆绑”成质子,中子,又把后者“捆绑”成原子核(这个“捆绑”的有效距离仅限于原子核内,因此日常生活当中感觉不到)。要是没有强相互作用,宇宙也许不过是一锅夸克汤,更加不可能有人类。

02

原子弹释放的大部分能量来自强相互作用

“商”是能量较小的一级阶层,但其作用范围相当广泛,除了不能买卖官爵之外,什么都能买卖。而许多社会活动的价值,都需要通过“商”的作用才能得到体现。比如明朝张居正以前,据说收税直接收实物,给“士”发工资也直接发实物。当官的要是不把棉花天麻找商人换成钱,日子根本没法过。因此,电磁相互作用相当于“商”的阶层,它的作用体现在了日常生活当中的每一个角落。你看电视(视力),这是电磁相互作用,你踢足球(压力),这是电磁相互作用,你骑单车(摩擦力),这是电磁相互作用,你划小船(浮力),这还是电磁相互作用。

032

摩擦力

在物理学中,就算你要研究除电磁相互作用以外的其他三种相互作用,对不起,你还需要借助电磁相互作用。人类几乎所有的先进探测仪器都借助了电磁相互作用。如果没有天线,没有光电倍增管,没有威尔逊云室中的过饱和,以及将信息最终带至视网膜的光,物理学也许还停留在牛顿时代,更不用说人脑中分析信息的亿万个神经元,参与的也是电磁相互作用了。因此,在物质基本粒子中,电磁相互作用的代表——电子,同时也参与弱、引力其他两种相互作用。我们知道爱因斯坦的质能定律E=mc2,也就是说质量和能量可以互相转化。由于电子不参与强相互作用,因此电子的质量比夸克小的多,大约是后者的几分之一到十几分之一。

03

太阳妈妈释放的能量大部分来自强相互作用,却主要是通过电磁相互作用(发光)传播到地球的。

“工”在古代是指手工业,现代社会中对应于中低端的“制造业”。在基本粒子物理学中,弱相互作用还真有点儿中低端“制造业”的样子。我们知道太阳是万物之母,地球上一切人类活动的能量大都来源于太阳能,而太阳能来自于氢核子聚变成氦核子的一系列核反应过程。这一系列核反应包括了强、弱两种相互作用(参见游识猷疯狂科学家的公式化生存),虽然弱相互作用释放的能量相对较少,但没有了它,整个核聚变反应根本无法进行。

太阳之中的核反应,碳循环,看起来很像二氧化碳合成葡萄糖的那个循环。lam1指出该循环对太阳核反应的贡献远小于质子质子循环,而更多的出现在更大质量恒星的核反应中。

如果再往前追溯,我们会问,恒星中哪儿来的这么多氢和氦呢?这是宇宙大爆炸后的核合成时期形成的。宇宙“最初三分钟”的一种弱相互作用导致的核反应决定了质子和中子的比例。我们知道氢原子核中只有质子,而氦原子核当中有质子和中子。因此,是最初三分钟的弱核反应决定了我们宇宙的原初元素组成。这怕是名副其实的中低端“制造业”了。如果这个“制造业”当初稍有偏差,改变了质子中子的比例,也许宇宙中的星系、恒星、行星、生命等高端“制造业”就永远无法出现了。顺便说一句,弱相互作用的应用越来越广泛,例如医院放射科用于治疗癌症的钴-60,测定文物年代的碳-14等等。因此,弱相互作用虽然不起眼,但对于宇宙、对于人类来讲仍然是至关重要的。弱相互作用的代表粒子就是中微子,它同时也参与引力相互作用。中微子的质量只有电子的百万分之一,不参与电磁相互作用,当然也就不带电。此时,我们一定能够理解中微子的名字和它的特征之间的关系——它是一种中性的微小的只参与两种相互作用的基本粒子。

04

Co-60的衰变会放出电子和反中微子,不过治病靠的是随后放出的伽马射线

“农”在我们的比方中对应着万有引力的相互作用。就好像任何时代任何国家的发展都离不开农业,一切基本粒子都参与引力相互作用。只不过,相对于其他四种相互作用,引力的强度是最弱的。只有在宏观尺度上,引力才会起到决定性的作用。目前人类还没有得到自洽的微观的量子引力理论。因此,我们不知道是否存在“引力子”这样的代表引力相互作用的基本粒子。

我们提到了三类基本粒子:参与四种相互作用的夸克,参与三种相互作用的电子,和参与两种相互作用的中微子。还有一类粒子,它们的主要功能是负责传播相互作用,因此得名“传播子”。例如,传播强相互作用的叫胶子,它能把夸克们“粘”在一起,形成中子质子介子等亚原子粒子。传播弱相互作用的叫W+,W-,Z玻色子。传播电磁相互作用的叫光子。我们知道现代社会经常把“工”和“商”放在一起,比如工商局,工商大学,工商银行。同样,弱相互作用也可以和电磁相互作用一起,统一为电弱相互作用,正所谓“五百年前是一家”。由于类似的原因,我们经常把电子和中微子归为一类,称为轻子;而夸克自成一类,称为强子。还有一种理论上预言的希格斯粒子,人们认为它赋予了基本粒子的质量。粒子物理学“标准模型”中的四大类粒子就是:强子,轻子,传播子,和希格斯粒子。我们要讨论的中微子振荡现象,主要集中在强子和轻子之中。

(基本粒子无时不刻的沐浴在相互作用真空的“海洋”中)

“三生万物”——基本粒子家族的血缘关系

明朝开国皇帝朱元璋设计了一个很变态的户籍制度:“龙生龙,凤生凤,老鼠儿子只能去打洞”。也就是说,每个人都只能继承它父亲的职业,不得随便更改。这个制度放在粒子物理的观点来看,似乎有一定的道理。

上夸克,下夸克,电子,和电子中微子互为兄弟姐妹。前面两个是强子,后面两个是轻子。而下夸克是上夸克的对称性伙伴,电子中微子是电子的对称性伙伴。这就好像一家的大儿子叫阿龙,再生个儿子就叫阿虎一样,上夸克,下夸克,电子,和电子中微子的名字反映了它们之间的“血缘”关系。

上帝不知道为什么在制造了上下夸克,电子,电子中微子之后,又心血来潮,Ctrl+C,Ctrl+V,又Ctrl+C,又Ctrl+V,硬要把这个组合复制两遍,一共弄出三代来。正所谓“一生二,二生三,三生万物”,不是“二生万物”,也不是“一生万物”。所以,上夸克的后代叫粲(漂亮的意思)夸克,下夸克的后代叫奇(奇怪的意思)夸克;粲夸克的后代叫顶夸克,而奇夸克的后代叫底夸克。

同样的道理,电子的后代是μ子,电子中微子的后代是μ(缪)子中微子;μ子的后代是τ(套)子,μ子中微子的后代是τ子中微子。这里后代的名字受到历史原因的影响,比较拗口。大家喜欢的话,完全可以给他们改个名字叫“普天同庆”“团队之星”和“飞火流星”。

“普天同庆”变成“团队之星”,讲述的就是电子中微子转化为μ子中微子的故事。

中微子为什么要震荡(下)

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123 Responses to “中微子为什么要振荡?(上)”

  1. 霍森布鲁斯说道:

    土鳖啃铁牛……=to be continue

  2. lalunasun说道:

    自抢沙发的最不厚道了……
    板凳!

  3. 世纪佳缘说道:

    不错 路过看看。

  4. Bill说道:

    这个科普网站做得不错,内容很新颖有新意,坚持继续!

  5. 九87说道:

    球的比喻和工商的比喻很有爱,很有爱…
    地板

  6. Cielo说道:

    例如质量最大的顶夸克,跟一个铅原子的质量差不多。

    原来这么大啊,一直以为三个夸克构成一个质子或者中子的,看来不同的夸克差别很大啊!

    • Sheldon说道:

      组成质子中子的是上下和反上反下夸克。其质量大概是质子中子的千分之一强。因此,质子中子的质量的主要“来源”于夸克和胶子组成的束缚态。

  7. 路人乙说道:

    如何知道夸克参与除了强相互作用以外的其他三种作用,电子参与电磁相互作用以外的两种作用,中微子参与引力? 谢谢

    • Sheldon说道:

      相互作用理论会预言一些反应过程,在加速器里可以得到验证。不过科学史上,并不是一开始就知道有四种相互作用,和相应的代表粒子的,而是一个摸索的过程。

      • 路人乙说道:

        能具体说一下吗,谢谢

        • Sheldon说道:

          我们知道强相互作用的粒子带有色荷,并且有色禁闭现象。因此,夸克不能单独存在。但是电子没有被“禁闭”,所以它不带色荷,也就不参与强相互作用。

  8. 蓝正深说道:

    三分之一的时候发现看不懂,不看了!

  9. 王起槐说道:

    不知所云

  10. patchper说道:

    粒子物理学……大晕

  11. 漫步来说道:

    物理太抽象了。。

  12. 雨之狐说道:

    虽然已经很科普了,但实在是难度太大……
    只能精神上支持作者了

  13. lam1说道:

    “太阳中的核循环”那张图有点问题。太阳质量太小,基本上不能发生图中所示的碳氧氮循环反应。太阳中主要发生的是质子-质子链反应,建议改为相应的图。

    • Sheldon说道:

      你说的有道理。因为游识猷的文章里讲了质子质子循环,所以我就想贴一个碳循环的图。我会更改图片说明。谢谢啦!

  14. 蜻蜓笔记本说道:

    挖靠。。感觉这也太神奇了一点。。球会变身呢= =||

  15. 王一说道:

    Sheldon兄科普写得真好,崇拜一个~

    BTW,当时看到你写CMB的大作,还以为你是李霄栋:名字又谐音,还做CMB,呵呵。

    • sheldon说道:

      王一兄过誉了,不敢当。
      有空时你和霄栋也写点儿东西供大家学习一下吧!

  16. Metaverse说道:

    欢迎进入亚原子世界的粒子动物园~~

  17. 乌鸦说道:

    中微子喂神马要振荡?因为想变身o(╯□╰)o

  18. 科学迷说道:

    此文章比喻太烂,扯淡。

    • lyem说道:

      同意,为了增加可读性加点噱头可以,但瞎比喻就令人生厌了。

      开头那个球的比喻纯属无聊。

  19. Aki说道:

    我一个外行都看到一个原则性的错误“我们知道爱因斯坦的质能定律E=mc2,也就是说质量和能量可以互相转化。”我看到这句话就不继续再往下看了。

    • sheldon说道:

      这位同学,三个夸克的质量加起来只占一个质子的质量的百分之一不到,那么质子的质量从哪儿来呢?目前的解释是从夸克胶子所组成的束缚态的相互作用中来。所以可以理解为“能量转化成了质量”。当然反过来也可以。
      你觉得还有什么原则性的错误?

      • Aki说道:

        爱因斯坦的质能定律E=mc2,只表示在狭义相对论适用范围内,一个系统的质量和能量是有一定关系的,且呈简单正比关系,比例系数为光速的平方。简单的说这个方程表达的是:质量增大,能量也增大;质量减小,能量也减小。恰巧与你所说的“质量和能量可以互相转化”完全矛盾。另外不要将目前还不确定的学术猜测奉为真理。

        • lam1说道:

          E=mc2的意思是“质量就是能量”,而且这条公式的地位非常稳固,在相对论中,在量子力学中都可以放心地使用这条公式,不属于学术猜测。

          • Aki说道:

            你既不理解什么叫正比例函数,也不理解我说的意思。所以就别掺和了。

          • Aki说道:

            话说你的“质量就是能量”理论真的雷到我了,完全颠覆我的世界关人生观和价值观。

        • Sheldon说道:

          你知道量子场论和狭义相对论是什么关系吗?

          • Aki说道:

            没有直接关系。

          • sheldon说道:

            Aki你大错特错了,建议了解一下量子场论相关知识。

          • Aki说道:

            我一直都很感谢帮我指出我错误的人,但我一直都不甩只会说我错却说不出错哪的人。

        • Fedteny说道:

          你吓到我了……那核电站里发电的能量从哪来啊?

        • ivanlau说道:

          可以假定有一个中介的过程,把丢失的能量以质量形式加入到系统中,这应该更容易理解作者的要表达的意思吧(我想作者转换是表达这个意思)。

  20. 果壳里的猫说道:

    质量就是能量,质量和能量不是简单的正比关系,是两种不同形态的装换吧~~貌似我是这么理解的~~~
    AKI 你说的正比太那啥了。。。按你的理解能量只是质量所带的附加属性?搞笑了~~

    • Aki说道:

      如果你认为那个解释是我想出来的那就太抬举我了,那是质能方程的意义,直接的说就是那个是爱因斯坦小朋友想出来的。

      • olala说道:

        tai s13 了 既然知道自己是外行就把嘴闭上

      • lam1说道:

        不得不说,你如果是外行的话就应该虚心一些。E=mc2的含义就是“质量就是能量”,它们是同一种东西的两种度量方法。比如说,站在5楼的人比站在1楼的人的能量要大一些,因为5楼的势能比较大。因此,站在5楼的人比站在1楼的人的质量要大一些。

        现代量子力学与狭义相对论是相容的,也可以说狭义相对论是量子力学的基础之一。狭义相对论的公式、结论在量子力学里也是完全成立的。

        • aki说道:

          能量是一种客观存在,质量是物质的一种属性,也可以理解为是能量的表征或者量度,但是不能说质量就是能量。就如同温度计的水银柱高度表明了环境的温度,因为水银柱高度和环境温度在一定范围内成比例关系,可以说水银柱高度是环境温度的表征或者量度,但是绝对不能说水银柱高度就是环境温度。说质量就是能量的人直接抹杀了米和秒这两个基本单位,等于完全无视空间和时间的存在。

      • lyem说道:

        见我的帖子

  21. hubert说道:

    一个小问题,既然说到世界杯、普天同庆、呜呜祖拉,应该是指的2010年世界杯决赛阶段的比赛,世界杯的决赛阶段采用赛会制,“主队”、“客队”的说法不妥。
    另外,主“发”点球似应为“罚”。至于点球大战中是不是还能称为“罚球”,俺也不确定,请高人指点。

  22. 妮妮说道:

    扯的够远的。。

  23. 花汀说道:

    嗯嗯~楼主写的真好!喜欢一个!
    像我这种物理知识只停留在高中物理且大部分已经还给了老师的水平上
    居然看懂了你写的内容,虽然我也不敢说懂了,但是那些好玩的比喻至少让我看清楚了你要说的那些ABC组成D,E变成F,F变成啥啥啥的~
    其实对于我这种完全的门外汉来说,那些啥名称都记不住,我脑子里就是“哦~结果这个就变成那个了呀,啊~那个又变成另外一个了”只要过程基本看懂了因果关系,就能说服我相信你的论点,不就达到目的了吗?
    对于回复里的你来我往,在我看来都是好深奥的问题啊~可能你们从不同的领域和角度来看同一个问题吧,不过这种争论真是好有爱啊~好有爱~
    有争论就有真相,或者说有可能有真相
    多多啃铁牛吧~

  24. lyem说道:

    关于E=mc2的理解问题,很重要!

    大致存在2种理解:1.公认的 2.AKI所理解的〔大都存在于国内,我估计源于国内唯物主义教条的氛围,因为“质量转换成能量将导致质量不守恒”这对于教条唯物主义来说有天塌的危险〕

    我曾为此专门求证过。结论公布如下:

    分辨这个问题,咱们不如先问问创始人,查阅了爱因斯坦对此问题的论述,原话忘了,但是毫无疑问支持1.公认。各位自己可以去查爱因斯坦的著作。

    再者,咱们可以问问权威机构。这个,原话我倒可以完整复述:欧洲核子中心网站上对质量的定义“质量是能量的一种浓缩形式”

    最后,2种理解可能在实用中并没有太大区别,但怎样取舍?------奥卡姆剃刀毅然决然支持1.公认。

    • fireinice说道:

      为什么说在实用上说没有差别呢?难道裂变聚变不是质能公式的重要表现?

      • lyem说道:

        因为公式还是那个公式,实用的计算都一样。

        理解上的差别只是AKI的理解非要以一种拗口的方式来避免“质量与能量可以相互转换”这一点。所以用奥卡姆剃刀把它给剃了。

        当然,理解上的偏差最终也可能导致世界观上的偏差,并因此而在其它某些问题上导致错误,那是后话。

        • aki说道:

          如果按照“质量和能量相互转化”,好像连最简单的裂变反应都无法解释,嘿嘿。

          • jerry说道:

            这有什么不好解释的:一个中子进入一个铀235原子核,分裂成一个氪92,一个钡141以及三个中子(以上是多种可能的反应之一)。反应前的中子+铀235核的质量等于反应后的氪+钡+中子的质量。但是反应后的原子核和中子以很快的速度移动,当它们撞击别的原子停下来后,根据质能方程,它们的质量也相应减少。总体上看,反应后物质的静止质量小于反应前物质的静止质量,少的这部分质量就是原先被束缚在铀原子核中的能量(由强相互作用产生),而这部分能量转化为热能,并传给了别的原子。

            假如在真空中发生上述反应,反应后的原子核、中子不与其它原子碰撞,一直以高速度跑开,那么它们的质量之和与反应前相同。只是一部分质量(也就是能量)由原子核内强相互作用的结合能变成了动能。

          • jerry说道:

            对了,我不是核反应专家,不知道在核裂变中会不会产生光子和中微子(核聚变中是会产生的)。如果产生的话,它们也有能量,相应地也有质量,因此反应的质量守恒(或者说能量守恒)中应该把它们也加进去。

    • aki说道:

      关键不是质量不守恒,而是“质量转化成能量”或者说“牺牲质量创造能量”的说法,与热力学第一定律和智能方程矛盾,你自己决定你打算否定前者还是后两者。

      • jerry说道:

        拜托你去看一看物理书,不要整天想当然。“物体的质量是它所包含能量的度量。如果物体的能量变化了L,那么它的质量就会变化L/(9E20),其中能量的单位是尔格,质量的单位是克。”这是爱因斯坦的原话,也是被无数实验所证实的。质能方程与现有的所有物理理论都相容,包括量子力学、也包括热力学第一定律。质能方程让热力学第一定律(就是能量守恒定律)和质量守恒定律成为一个定律。

        • aki说道:

          你说的太对了,你的说法和我的说法完全一致。你引号里的话给了说质量就是能量的人一记响亮的耳光。既然你赞同热力学第一定律,我相信你就是绝对反对以质量创造能量的说法的。既然你知道质量和能量是不同单位的,我也绝对相信你不会说出“质量就是能量”这种糊涂话的。

          AKI:“爱因斯坦的质能定律E=mc2,只表示在狭义相对论适用范围内,一个系统的质量和能量是有一定关系的,且呈简单正比关系,比例系数为光速的平方。简单的说这个方程表达的是:质量增大,能量也增大;质量减小,能量也减小。”,“能量是一种客观存在,质量是物质的一种属性,也可以理解为是能量的表征或者量度,但是不能说质量就是能量。就如同温度计的水银柱高度表明了环境的温度,因为水银柱高度和环境温度在一定范围内成比例关系,可以说水银柱高度是环境温度的表征或者量度,但是绝对不能说水银柱高度就是环境温度。说质量就是能量的人直接抹杀了米和秒这两个基本单位,等于完全无视空间和时间的存在。”

          引用:“物体的质量是它所包含能量的度量。如果物体的能量变化了L,那么它的质量就会变化L/(9E20),其中能量的单位是尔格,质量的单位是克。”

          • fireinice说道:

            不是相同单位的东西就不是一种东西么?这世还真有摄氏华氏两种温度?
            什么叫度量?

        • aki说道:

          不过你和你自己之前的说法是矛盾的哦:“只是一部分质量(也就是能量)由原子核内强相互作用的结合能变成了动能。”。你现在反应过来了吧,你说质量变成了能量错了吧。

        • aki说道:

          不过你和你自己之前的说法是矛盾的哦:“只是一部分质量(也就是能量)由原子核内强相互作用的结合能变成了动能。”。你现在反应过来了吧,你说质量变成了能量错了吧。

        • aki说道:

          不过你和你自己之前的说法是矛盾的哦:“只是一部分质量(也就是能量)由原子核内强相互作用的结合能变成了动能。”。你现在反应过来了吧,你说质量变成了能量,错了吧。

  25. fireinice说道:

    我一直有个疑问:
    根据《时间简史》一类的科普读物,总会提到两种引力:
    1. 广义相对论的引力,认为引力是多维在三维空间的投影扭曲
    2. 引力是一种基本力,通过引力子(正在寻找)传递。

    我想问,这两个引力是一种对象吗?如果是,两种理论可以同时成立吗?或者是量子理论与相对论的争议?

    • lyem说道:

      一种东西。

      有点波粒二相性的意思。

    • javajz说道:

      你这个问题很有意思,要比上面讨论的E=mC^2好多了。以我目前的理解,我认为这两种说法不是说引力有两种,而是描述引力的理论不同。现在一般来说,我们认为相对论是正确的,相对论认为引力是因为物体质量引起的时空(三维空间加一维时间)扭曲。这个理论中说说的力和我们平常说的不一样,我们平常认为力改变了物理的状态,而相对论尤其是广义相对论中,把物体状态的改变解释为时空的扭曲,这样其实就不需要引力这个概念了。这就是爱因斯坦说的加速度和受力相同(这里有点毛病,大概意思这这样,但老爱的原话不是这)。而我们说引力是一种基本里,通过引力子来传递什么意思呢?这中说法是从场论的理论来说的。场论是一个复杂的理论,我理解的也十分有限,举我们熟悉的例子来说明,在库伦公式给出了静止的点电荷之间的作用力的关系,当时人们有两派,其中一派认为电荷之间的力可以超于空间,立即作用,而另一派,以认为两个点和之间的相互作用需要通过媒介才可以,这个媒介就是场,电荷之间的作用通过电场传递。场论可以说就是从这里起家的。场论中认为所有的相互作用都需要媒介传递。当然现在的场论和当初的电场已经不同了。现在场论认为传播引力的是引力子(引力场的激发态叫引力子)。我觉的自己说的很不透彻,但是我理解就到这一步,希望对你有帮助。

      • ooxx说道:

        似乎有种古老的说法“相互接触才能相互作用”,好像某位古代哲人说的,想不起来了。

        • javajz说道:

          场论的观点基本就是这样,没有超距作用。物体之间的相互作用,要么直接接触,要么间接的,通过中间物体来传递。例如有两个小船静止在水中,床上有两个人,其中一个向另一个人扔了一个球!根据动量守恒我们知道这两个小船都会不再静止,开始运动。场论认为所有的力都是类似来传播的。

    • Sheldon说道:

      这个问题科学界还在研究,一时半会给不出答案。

      • fireinice说道:

        那这两种理论是否是可相洽的?如果不是,且在广义相对论被广泛接受的现在,学界是否对引力的基本力身份有怀疑的声音?如果有,那么对正在进行中的大一统理论建立是否有影响?如果没有,是否有理论认为所有基本力的时空本质都是多维的投影扭曲?弦理论在这方面的研究没有相及的地方?

    • jerry说道:

      我的理解,广义相对论中的引力和引力子不是一个东西,后者是试图统一广义相对论和量子力学的理论中所提出的一种粒子,但问题是现在还没有一个很好的理论来统一它们,而引力子这种粒子也存在很多理论上的困难。

      现在正在寻找的是引力波,不是引力子。引力波是一种纯粹根据广义相对论就能推出来的东西。尽管广义相对论中的引力是时空的弯曲,但引力波仍然会带出能量。有兴趣的人可以去这个网址(http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave)看看,上面说明了为什么引力波可以带出能量。不过我承认我看不懂,也没有仔细看(太浮躁了)

      关于引力子,我觉得下面这段话讲得不错(引自维基):引力子,在物理学中是一个传递引力的假想粒子(目前仍未知是否真正存在)。为了传递引力,引力子必须永远相吸、作用范围无限远及以无限多的型态出现。在量子力学中,引力子被设想为一个自旋为2、质量为零的玻色子。

      引力子有可能跟希格斯玻色子有关(因为引力跟质量成正比,而希格斯玻色子解释了质量的起源),因此需要希格斯玻色子的理论充份发展才能研究引力子。可是这种理论的数学运算十分复杂且无法自洽。

  26. aki说道:

    “只是一部分质量(也就是能量)由原子核内强相互作用的结合能变成了动能。”你这句话是有问题的,你很明显想表达的是势能转化成了动能,而你实际说的却是质量转化成了能量。凡是认为质量能够转化成能量的人,明显是以质量为材料创造了能量,这就已经推翻了热力学第一定律,这么重大的发现,你们为什么不去申请诺贝尔奖呢?

    • fireinice说道:

      一个object中,哪些是你定义的质量,哪些是你定义的能量?正反粒子的湮灭过程呢?
      质量的本质是什么?

    • fireinice说道:

      PS:不纠缠于物理量的定义问题,我可以指出你的表述的形式逻辑是有问题的呵,
      "质量就是能量"并不违背"能量守恒", 相反,你所说的"能量守恒"并不能推反"质量是能量", 你只能从本质上说明能量和质量的区别才可以
      抛确物理定义的话就是"A是B"并不与"B守恒"矛盾.同时"B守恒" 并不排斥"A是B"希望这样你能看的明白些
      就像说等重量的水果就是等重量的水果,无论里面的苹果和香蕉的比例

      • aki说道:

        物体的质量是它所包含能量的度量。你既要“不纠缠于物理量的定义问题”又要“从本质上说明能量和质量的区别”,这是不可能的。
        与热力学第一定律和智能方程矛盾的说法是“质量和能量可以相互转化”。
        欢迎你看清了我的说法之后,再来反驳。

      • aki说道:

        俺把“质能方程”打成了“智能方程”,俺的输入法太“智能”了。

      • aki说道:

        你关于单位的说法幼稚到使我认为我给你的所有解释都会变得苍白而无力,但是我还是会教教你的。“不是相同单位的东西就不是一种东西么?这世还真有摄氏华氏两种温度?”
        一个物理量的单位一般都有好多种写法,但是所有的单位一定是可以等价变换的,最终一定可以用7个国际标准单位和2个辅助单位来表示,而且一个物理量的用国际标准单位来表示只能有一个形式,所以我肯定的回答你“不是相同单位的东西就不是一种东西”。
        质量的单位是Kg,能量的单位是Kg·(m/s)^2

        • fireinice说道:

          谢谢,七个标准能量单位这个我的确是忘记了.我再去补习一下.
          原话我说的有问题,是"B守恒"与"A与B可以转化"及"A是B"是不矛盾的.
          所以我的意思不是让你抛掉基本概念说明,我的意思是你本身想从逻辑上说明这两个有区别是有问题的.
          所以还是请你说明一下它们的根本区别. 谢谢

          • fireinice说道:

            被骗了><,sigh,能量和质量当然不是一种物理量啊
            5555,我还真是应该补习一下了,自己立个假靶子让人打...

  27. Ent说道:

    无辜地路过,给LS两位插一句:很多时候我们会不严格地把“静质量”称为“质量”。虽然不严格但是很多场合都有人用……如果采用“静质量转化为能量”的表述,那就米有问题了吧。

  28. fireinice说道:

    总结:把小前提设对然后没逻辑的推出一个大前提是诡辩的好办法,唬下一时糊涂的很好用,很好的一个陷阱.能量和质量不是一个物理量,同时我认为非说它们本质不同也不是不科学的,只是没有意义罢了.

    • fireinice说道:

      上面的大前提应该是结论,

    • aki说道:

      你又想钻空子了,说“能量和质量不是一个物理量,它们本质不同当然不是不科学的”,我想说的是,说“能量和质量是一个物理量,是完全不科学和不符合事实的”。是否有意义这一点和个人认识有关系,不做评价。

  29. bingmou说道:

    无知即力量!

  30. Big_ken说道:

    有点不明白,为什么有这么多不是理论物理学专业的人试图去理解复杂的理论物理学呢?那玩意儿就是一堆数学公式组成的描述世界的模型,与我们通常能够理解的常见的具体事例大不一样。我相信,AKI会把电子的波动性理解为一粒电子在一个正弦波上运动。哎,可是事实呢。

    • aki说道:

      不要以为我说自己是外行就连基本的狭义相对论都不懂,倒是上面一堆物理专业的学生,他们的言论实在是让人怀疑以后把中国的科研事业交给这些除了事实什么都信的人,还有前途吗?

      ps:揣测他人的思想可是很危险的,因为一不小心就会把自己的浅薄暴露的纤毫毕现。

      • javajz说道:

        aki,如何联系啊?其实我觉得你知道的很多,但是你很多好也说的有点偏激。我觉得你质疑的地方不是作者不懂,而是作者做了通俗的描述。我觉的作者,这篇文章作为科普写的很好。

        • aki说道:

          我拒绝承认我说的很偏激,我认为我的说法是很直白。我从一开始就强调的是“‘质量和能量可以互相转化’这种说法是错误的”。

          • heefang说道:

            "质量和能量可以相互转化"就是质能方程的本质.E=mc2就是描述了质量和能量相互转化的数量关系.

        • aki说道:

          另外我认为这种文章作为科普类的文章是非常不合适的。此文提出的观点大部分都还处于试验研究和推测阶段。而作为科普文章,一味求新求异,不但不利于对人们生活有帮助的科学知识的普及,更有悖于实事求是的科学精神的宣传。而且看得出来,作者对于其中的很多内容也是知其然,不知其所以然。向别人贸然介绍自己也不甚了解的东西,本身就是不明智的。

  31. lyem说道:

    几天没来,这里好热闹,前几天我又如下帖子:
    “关于E=mc2的理解问题,大致存在2种理解:1.公认的 2.AKI所理解的〔大都存在于国内,我估计源于国内唯物主义教条的氛围,因为“质量转换成能量将导致质量不守恒”这对于教条唯物主义来说有天塌的危险〕

    我曾为此专门求证过。结论公布如下:

    分辨这个问题,咱们不如先问问创始人,查阅了爱因斯坦对此问题的论述,原话忘了,但是毫无疑问支持1.公认。各位自己可以去查爱因斯坦的著作。
    再者,咱们可以问问权威机构。这个,原话我倒可以完整复述:欧洲核子中心网站上对质量的定义“质量是能量的一种浓缩形式”
    最后,2种理解可能在实用中并没有太大区别,但怎样取舍?——奥卡姆剃刀毅然决然支持1.公认。”

    原以为已经说得够明白了,哪知道有些同学的补充解释反而帮了倒忙。现在我把忘了的原话找到贴出,希望aki可以闭嘴了。
    爱因斯坦&英费尔德著:
    《物理学的进化》---“在经典物理学中我们有两个守恒定律,一
    个是对于质的,另一个是对于能的。我们已经问过,现代物理学
    是否还保持着两种物质和两个守恒定律的观点。答案是:否。根
    据相对论,在质量与能之间没有重要的区别。能具有质量而质量
    代表着能量。现在只用一个守恒定律,即质量-能量守恒定律,
    而不用两个守恒定律了。这种新的观点在物理学的进一步发展中
    已证明是很成功的。”

  32. MRCV说道:

    比喻用得太过火了,反而让不熟悉的人摸不着头脑,还是简洁比较好,可以附带延伸阅读资料,
    你这样写得太文学化了,无关主题的文字占了太大的篇幅

  33. 我爱科理说道:

    真长见识!!

  34. 我爱科理说道:

    真长见识!!

  35. iasybvm说道:

    写得太罗索了。看不懂。

  36. [...] 中微子为什么要振荡?(上) [...]

  37. [...] 因为在自然界已知的四种基本相互作用(见《中微子为什么要震荡(上)》)中,只有引力难以被量子化、“微观化”。例如目前关于引力相互作用的实验研究只精确到毫米级。而其他相互作用早已被量子化,实验精度也在10^-15米以下。这让物理学家困惑不已。可以肯定的是,利用现有的方法,无法将引力量子化。于是,科学家们猜测,要么量子引力同其他相互作用一样来自于“弦论”、“M理论”等更加高深的理论,要么引力跟其他相互作用不同,只是宏观现象,不能简单的量子化。佛林德的理论属于后者,尽管类似的思想在弦论中也有体现。 [...]

  38. 夏某人说道:

    比喻太多了
    简单的陈述就可以了,比喻太多了看不懂

  39. 雷霆向日葵说道:

    某人不承认质量和能量可以相互转化,那我只想知道核反应的能量究竟从何而来?核反应后变化了的核子质量又哪去了?正反物质的湮灭反应是怎么回事?一个连常识都不具备的人居然在这里谈论相对论,真是可笑!

  40. ZY说道:

    楼上吵得热火朝天,就是有些看不懂。。。。但是喜欢这种氛围,希望你们继续,但表进行人身攻击

  41. [...] 除了引力之外,其他的三种相互作用:电磁相互作用,弱相互作用,强相互作用(参见 中微子为什么要振荡(上))。它们本质上都是一种量子场(gauge field)。所不同的是,三种相互作用的群结构不同,因此也就和不同的荷(charge)有关系。电磁相互作用(U(1)规范场)只有一种荷,那就是电荷。弱相互作用(SU(2)规范场)的荷由于历史原因,被称作“味”,例如上下夸克分别属于两种“味”荷。到了强相互作用(SU(3)规范场)就更复杂了,有红、绿、蓝三种“色”荷。其实,这里的“味”和“色”只不过是一种叫法,跟人类的味觉和色觉没有关系。所以,类比于量子电动力学,能够描述强相互作用的理论叫做“量子色动力学”。 [...]

  42. 吼海雕说道:

    啊喂,难道没有下文?

  43. lesa195说道:

    中学生一笑而过

  44. 就爱扯淡说道:

    aki 同学的说法显然颠覆我关于这个公式的理解了。偶是个外行,不过偶看过霍金筒子书里有宇宙爆炸后质量转化为能量,能量有转化为质量的说法。
    求下文

  45. 就爱扯淡说道:

    偶觉很赞同lyem 大虾的观点。感觉aki筒子有些“形而上学”。时间、空间、质量、能量、引力神马的物理量说白了只是一种对现实的抽象和简化。并不具有必然的客观性,现实当然是客观的,但这些物理量不是现实,只是一种简化出来的假设而已。这种假设无所谓对错,只看用起来解决问题方便不方便。如牛顿的万有引力,爱因斯坦则从是空的扭曲上来解释万有引力。按爱因斯坦同学的观点,引力这东西就是个幻觉,真实存在的是时空的扭曲。你要是在这些物理量上较真,说什么是绝对客观的,不可转移的。那物理学也就不用再进步了。在大自然的层面,那里有什么质量能量引力神马的,那都是人类为了理解世界而发明出来的。偶还是相信物理学家一直期盼的大统一理论。把那些困扰无数初中高中生的纷杂的电学力学量子动量神马的理论全给统一了。阿门。

  46. 拜仁自由人说道:

    13号小将,你是在说穆勒么?

  47. lqdoon说道:

    正文比喻太多且太过繁琐,看了两段之后就直接拉到评论部分了。

    突然发现松鼠上的人和一般论坛的人没什么不同:引证辩论的文字过少,大部分的文字都用于攻击、讽刺、贬低他人。

    看来学识和素质果然是两码事,前者并不能显著改变后者。

  48. sarsbeside说道:

    比喻成士农工商太让人费解了,还不如直接阐述

  49. luobo说道:

    视力也是一种力吗?不是一种能力么?

  50. 青松侠说道:

    可以。比喻简单好懂。我认为基本离子都是能量的不同震动模式,当他们堆积聚集在一起就形成了宏观物体。中子由于能量震荡的特殊性或者说与物质世界基本不相干性所以具有了穿透地球的能力。当一个石头完全能量化,波态化那么它的速度可以达到光速甚至超光速,如纠缠态一样。可惜的是将微观粒子波态化容易,宏观物体不易。但是现实世界中的一些极特殊事例又让我们找到了出口,如遁术,如大脑遥感,等…

  51. 青松侠说道:

    可以。比喻简单好懂。我认为基本离子都是能量的不同震动模式,当他们堆积聚集在一起就形成了宏观物体。中子由于能量震荡的特殊性或者说与物质世界基本不相干性所以具有了穿透地球的能力。当一个石头完全能量化,波态化那么它的速度可以达到光速甚至超光速,如纠缠态一样。可惜的是将微观粒子波态化容易,宏观物体不易。但是现实世界中的一些极特殊事例又让我们找到了出口,如遁术,如大脑遥感,羽化飞升高维,等…所以我支持玄论,多维统一世界,哈哈

  52. F说道:

    身为一个物理系的学生表示看不懂啊 - - 掩面 。。。比喻实在太多了。。。。

  53. excite说道:

    在手机上看感觉还是不错的。在电脑上看可能会觉得比喻把应有内容变长了,用手机慢慢看的话,因为用了比喻,我觉得更容易记住各种粒子的相互作用了。用小屏幕终端看需要慢慢理解的科普文章,我觉得比较适合。

  54. sy说道:

    量子纠缠态在宏观世界的表现为时间的不可逆性,同多维空间无关

  55. zx说道:

    我觉得看评论比看文章收获大

  56. 不高兴说道:

    比喻有些牵强,越看越难理解。

  57. 符小呆说道:

    怎么能写这么好啊。真是太好了。忍不住夸了再夸

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