这些粒子在真空中以光速行进,它们刚形成时就以这种速度运动,测量不到有任何的加速时间。
我们可能会怀疑,如果一个光子或一个中微子从未静止过,而只有在以每秒299800公里的匀速运动中(在没有干扰的情况下)才能存在,那么我们怎么可以说它们有静止质量呢?因此物理学家比兰尼克和苏达杉建议,把M称为固有质量。对一个质量大于零的粒子,它的固有质量等于这粒子与测量的仪器和观察者相对静止状态时所量得的质量。对一个质量为零的粒子,固有质量必须用间接的方法推断。比兰尼克和苏达杉建议把所有固有质量为零的粒子叫做光速子(源自拉丁语“光”),因为它们的速度是光速;把固有质量大于零的粒子叫做次光速子,因为它们以低于光速的速度行进,此速度也称为次光速。
1962年,比兰尼克和苏达杉开始推想比光速快的速度——超光速所造成的结果。任何比光速快的粒子具有一个虚的质量。也就是说,它的质量是某个普通数字乘上-1的平方根。
比方说,假设一个粒子以两倍光速行进,在洛仑兹方程中,v=2c,那么:
结果成为:运动中的质量是固有质量除以。但等于,因此等于。所以它的固有质量等于。由于任何包含的量都被称为虚数,因此我们可以推导出:速度超过光速的粒子,必然有一个虚的固有质量。
在我们正常宇宙中的正常粒子,始终都有等于零或者大于零的质量;一个虚的质量在我们的宇宙中没有可以想象得到的重要性,这是否意味比光速快的速度不可能存在呢?
不见得。如果承认虚的固有质量存在,我们便可以利用超光速粒子来满足爱因斯坦的狭义相对论方程。然而这样的粒子显示出一种佯谬的性质:它们走得越慢,所含的能量也就越多。这和我们宇宙中的情形正好相反,而可能是虚质量的特性。一个具有虚质量的粒子在碰到阻力时会加速,而受到一个力推动时会减速,随着能量的减少,它愈走愈快,直到能量为零时,它的速度会是无限大;随着能量的增加,它愈走愈慢,直到能量趋近于无穷大时,会降低到接近光速。
像这种速度超过光速的粒子,美国物理学家范伯格起了个名字叫超光速粒子。这个词在希腊文中是“速度”的意思。
因此我们可以想象存在着两种宇宙:一种是我们的宇宙,叫次光速宇宙,在这种宇宙里所有粒子的速度都比光速低,而随着能量的增加逐渐加速到近乎光速;另一种叫做超光速宇宙,在这种宇宙里所有粒子的速度都比光速高,而随着能量的增加逐渐减速到近乎光速。介于两者之间的,是无限窄的光速墙,可以被视为由两种宇宙共同所有。
如果一个超光速粒子有足够的能量使它足够慢地运动,这足够的能量或许能使它停留在某一点很久,而在这段时间内爆发出可以探测到的光子。即使在真空中,超光速粒子也会以切伦科夫辐射的形式,留下光子的痕迹。科学家们正在观察着这些光子的爆发,但是,这些爆发很少发生,而且发生时间只有1万亿分之一秒甚至更短,所以要使一具仪器正好放在爆发产生的地方,这种机会实在不是很多。
有一些物理学家相信,凡事只要不是不可能,就一定会发生。换句话说,任何现象只要不违反守恒定律,则必然会在某些时候发生;或者说,只要超光速粒子不违反狭义相对论,则它们必然存在。然而,即使最相信这是宇宙必具的一种“整齐性”的物理学家,也会很乐于得到一些不受禁止的超光速粒子的证据。到目前为止,他们尚未有任何发现。
爱因斯坦方程
爱因斯坦将洛仑兹方程的结果加以发展,产生了可能是科学界有史以来最伟大的方程。
洛仑兹方程可以写为:
因为代数符号可以写为x-1/2。这样这道方程便可以用牛顿发现的一个公式(即二项式定理)展开,也就是转换成一个项系列。
洛仑兹方程所能展开的项数无穷多,但由于每一项都比前一项来得小,如果只取前两项的话仍大致正确,其余项的总和太小,以致可以被忽略。展开后成为:
代入洛仑兹方程,得到:
在经典物理学中,1/2Mv2表示一个运动物体的能量,若我们以符号e代表能量,则上式变成:
M'=M+e/c2
M'−M=e/c2
由运动所引起的质量增加(M'-M)可以用m来表示,所以:
m=e/c2
或者:
e=mc2
正是这个方程第一次指出,质量是能量的一种形式。爱因斯坦继续证明这个方程适用于所有的质量,而不仅是由于运动所增加的质量。
在这里牵涉到的大部分数学知识同样只有高中程度。但它却展现给世人一个新的宇宙观,比牛顿的宇宙观还要伟大、还要广阔,同时它也指出了获得具体结果的道路。例如,它指出了通向核反应堆和原子弹之路。
(陈崇光 译)
人名译名对照表①
A
Abbe,Ernst Karl 阿贝
Abderhalden,Emil 阿伯德哈顿
Abel,Frederick Augustus 阿贝尔
Abelson,Philip 艾贝尔森
Acheson,Edward Goodrich 艾奇孙
Adam 亚当
Adams,John Couch J.C.亚当斯
Adams,Leason Heberling L.H.亚当斯
Adams,Walter Sydney W.S.亚当斯
Addison,Thomas 艾迪生
Adrian,Edgar Doublas 艾德里安
Agamemnon 阿伽门农
Agassiz,Jean Louis Rodolphe 阿加西斯
Aiken,Howard 艾肯
Airy,George Biddell 爱里
Albert,(prince) 阿尔贝特(王子)
Alburger,David Elmer 阿尔贝格
Alcmaeon 阿尔克美翁
Alder,Kurt 阿尔德
Alfven,Hannes 阿耳文
Alhazen 海桑
Allbutt,Thomas Clifford 奥尔巴特
Alvarez,Luis walter 阿尔瓦雷茨
Alvarez,Walter 阿尔瓦雷斯
Amagat,Emile Hilaire 阿玛加特
Ambartsumian,Victor Amazaspovich 阿姆巴楚米扬
Amontons,Guillaume 阿蒙通
Ampère,André Marie 安培
Amundsen,Roald 阿蒙森
Anderson,Carl David 安德森
Andrews,Thomas 安德鲁斯
Angstrom,Anders Jonas 埃斯特朗
Apian,Peter 阿皮安
Appert,François 阿佩尔
Appleton,Edward Victor 阿普顿
Aquinas,Thomas 托马斯·阿奎那
Archimedes 阿基米得
Archytas 阿契塔
Aristarchus 阿利斯塔克
Aristotle 亚里士多德
Armstrong,Edwin Howard E.H.阿姆斯特朗
Armstrong,Neil Alden N.A.阿姆斯特朗
Arnon,Daniel Israel 阿诺恩
Arp,Halton C. 阿普
Arrhenius,Svante August 阿伦尼乌斯
Artsimovich,Lev Andreevich 阿希墨维克
Aschheim,Selman 阿什海姆
Ashurbanipal 亚述巴尼拔
Asimov,Isaac 阿西莫夫
Astbury,William Thomas 阿斯特伯里
Aston,Francis William 阿斯顿
Atlas 阿特拉斯
Aumann,Harmut H. 奥曼
Avery,Oswald Theodore 艾弗里
Avogadro,Amedeo 阿伏伽德罗
B
Baade,Walter 巴德
Babbage,Charles 巴贝奇
Babinet,Jacques 巴俾涅
Babinski,François Félix 巴彬斯基
Bacon,Francis F.培根
Bacon,Roger R.培根
Baekeland,Leo Hendrik 贝克兰
Baer,Karl Ernst von K.贝尔
Baeyer,Adolf von 拜耳
Baffin,William 巴芬
Baird,John Logie 贝尔德
Baker,B.L. B.L.贝克
Baker,C.P. C.P.贝克
Balfour,Francis Maitland 鲍尔弗
Balmer,Johann Jakob 巴耳末
Bang,Olaf 班
Banting,Frederick Grant 班廷
Bardeen,John 巴丁
Barghoorn,Elso Sterrenberg 巴洪
Barkhausen,Heinrich 巴克好森
Barkla,Charles Glover 巴克拉
Barnard,Chistiaan C.巴纳德
Barnard,Edward Emerson E.E.巴纳德
Barnes,D.E. 巴恩斯
Barringer,Daniel Moreau 巴陵格
Bartlett,Neil 巴特勒特
Barton,Otis 巴顿
Basov,Nicolai Gennediyevich 巴索夫
Bateson,William 贝特森
Baum,William Alvin 鲍姆
Baumann,Eugen 鲍曼
Bawden,Frederick Charles 鲍登
Bay,Zoltan Lajos 巴伊
Bayliss,William Maddock 贝利斯
Beadle,George Wells 比德尔
Becker,Herbert 贝克尔
Beckwith,Jonathan 贝克威思
Becquerel,Alexandre Edmond A.E.贝克勒耳
Becquerel,Antoine Henri A.H.贝克勒耳
Beebe,Charles William 毕比
Beer,Wilhelm 比尔
Beguyer de Chancourtois,A.E. 比古耶·德·尚库图
Behring,Emil von 贝林
Beijerinck,Martinus Willem 贝哲林克
Bell,Alexander Graham A.G.贝尔
Bell,Jocelyn J.贝尔
Bell,Peter M. P.M.贝尔
Bellingshausen,Fabian Gottlieb 别林斯高津
Benda,C 本达
Beneden,Eduard van 范贝内登
Benedict,Francis Gano 贝内迪克特
Bennett,Floyd 贝内特
Benz,Karl 本茨
Berg,Otto 柏格
Berg,Paul 伯格
Berger,Hans 伯杰
Bergius,Friedrich 伯吉尤斯
Bergmann,Max 伯格曼
Berkner,Lloyd 伯克纳
Berliner,Émile 伯林纳
Bernard,Claude 贝尔纳
Bernoulli,Daniel 伯努利
Berthelot,Pierre Eugène Marcelin 贝特洛
Berzelius,Jöns Jacob 贝采利乌斯
Bessel,Friedrich Wilhelm 贝塞尔
Bessemer,Henry 贝色麦
Best,Charles Herbert 贝斯特
Bethe,Hans Albrecht 贝特
Biermann,Ludwig Franz 比尔曼
Bigeleisen,Jacob 比奇莱森
Bijvoet,Johannes Martin 比杰沃特
Bilaniuk,Olexa-Myron 比兰尼克
Billroth,Theodor 比尔罗特
Binet,Alfred 比奈
Biot,JeanBaptiste 毕奥
Birkeland,Olaf Kristian 伯克兰
Bittner,John Joseph 比特纳
Black,Joseph 布莱克
Blackett,Patrick M.S. 布莱克特
Blaiberg,Philip 布莱伯格
Blanchard,Jean Pierre 布朗夏尔
Blanqui,Jérôme Adolphe 布朗基
Bléiot,Louis 布莱里奥
Bleuler,Eugen 布洛伊勒
Bloch,Felix F.布洛赫
Bloch,Konrad Emil K.E.布洛赫
Bloembergen,Nicolaas 布洛姆伯根
Blout,Elkan Rogers 布劳特
Blumenbach,Johann Friedrich 布鲁门巴哈
Bohr,Niels H.D. 玻尔
Bolt,C.T. 博尔特
Bolton,John C. 博尔顿
Boltzmann,Ludwig 玻耳兹曼
Bonaparte,Napoleon 波拿巴
Bond,George Phillips G.P.邦德
Bond,William Cranch W.C.邦德
Bondi,Hermann 邦迪
Bonnett,Charles 博内
Boole,George 布尔
Bordet,Jules 博尔德
Borman,Frank 博尔曼
Born,Max 玻恩
Borrel,Amédée 博雷尔
Bose,Satyendranath 玻色
Bothe,Walter 博特
Bouchardat,Gustave 布沙尔达
Boucher de Perthes,Jacques 布歇·德·彼尔特
Boule,Marcelin 布尔
Boussard 布萨德
Boussinggault,Jean Baptiste 布林戈
Bouvard,Alexis 布瓦尔
Boveri,Theodor 博韦里
Bovet,Daniel 博韦
Bowen,Edward George E.G.鲍恩
Bowen,Ira Sprague I.S.鲍恩
Boyd,William Clouser 博伊德
Boyle,Robert 波义耳
Boylston,Zabdiel 博伊尔斯顿
Braconnot,Henri 布拉孔诺
Bradley,James 布拉德莱
Brady,Matthew 布雷迪
Bragg,William Henry W.H.布喇格
Bragg,William Lawrence W.L.布喇格
Brahe,Tycho 第谷
Braid,James 布雷德
Brand,Erwin 布兰德
Brandenberger,Jacques Edwin 布兰登伯热
Branley,Edouard 布冉利
Brattain,Walter Houser 布喇顿
Braun,Karl Ferdinand K.F.布劳恩
Braun,Werner von 冯·布劳恩
Brearley,Harry 布里尔利
Breuer,Josef 布罗伊尔
Breuil,Henri Edouard Prosper 步日耶
Bridgman,Percy Williams 布里奇曼
Briggs,Henry H.布里格斯
Briggs,Robert William R.W.布里格斯
Brill,Rudolf 布里尔
Broca,Pierre Paul 白洛嘉
Broglie,Louis Victor de 德布罗意
Broorn,Robert 布罗姆
Brown,Robert(astronomer) 布朗(天文学家)
Brown,Robert(botanist) 布朗(植物学家)
Brunhes,Bernard 布吕纳
Bruno,Giordano 布鲁诺
Brush,Charles Francis 布拉什
Bryan,William Jennings 布赖恩
Buchner,Eduard 毕希纳
Buffon,Georges Louis Leclerc de 布丰
Buist,John Brown 布伊斯特
Bullen,Keith Edward 布伦
Bunsens,Robert Wilhelm 本生
Burbank,Luther 伯班克
Burke,Bernard 伯克
Burnet,MacFarlane 伯内特
Burt,Cyril Lodowic 伯特
Bury,C.R. 布里
Bush,Vannevar 布什
Butenandt,Adolf 布特南特
Byrd,Richard Evelyn 伯德
C
Cabrera,Blas 卡伯雷拉
Cagniard de la Tour,Charles 卡格尼亚尔·德拉图尔
Cailletet,Louis Paul 凯泰
Callinicus 卡利尼库斯
Calvin,Melvin 卡尔文
Canaan 迦南
Candolle,Augustin Pyramus de 康多尔
Cannizzaro,Stanislao 坎尼扎罗
Cannon,Annie J. A.J.坎农
Cannon,Walter Bradford W.B.坎农
Canton,John 康顿
Capek,Karel 恰彼克
Capp,Al 卡普
Capra,J. Donald 卡普拉
Cardano,Geronirno 卡尔达诺
Carlson,Chester 卡尔森
Carnot,Nicolas Léonard Sadi 卡诺
Carothers,Wallace Hume 卡罗瑟斯
Carpenter,Roland L. 卡彭特
Carrel,Alexis 卡雷尔
Carrier,Willis Haviland 卡里尔
Carrington,Richard Christopher 卡林顿
Carson,Rachel Louise 卡森
Cartier,Jacques 卡蒂埃
Caspersson,Torbjörn 卡斯拍松
Cassini,Jacques J.卡西尼
Cassini,Jean Dominique J.D.卡西尼
Cassiodorus,Flavius 卡西奥多鲁斯
Castle,WilliamBosworth 卡斯尔
Cavendish,Henry 卡文迪什
Caventou,Joseph Bienaimé 卡芳拉
Cayley,George 凯莱
Celsius,Anders 摄尔西乌斯
Chadwick,James 查德威克
Chaffee,Roger 查菲
Chain,Ernst Boris 钱恩
Chamberlain,Owen 张伯伦
Chamberlain,Thomas Chrowder 钱柏林
Champollion,Jean François 商博良
Chance,Britton 钱斯
Chandrasekhar,Subrahmanyan 张德拉塞卡
Chapman,Sydney 查普曼
Chardonnet,Hilaire B.de 夏尔多内
Chargaff,Erwin 查加夫
Charles II(King) 查理二世
Charles,Jacques Alexandre César 查理
Charpentier,Johannvon 夏彭蒂耶
Cherenkov,Paul Alekseyevich 切伦科夫
Chevreul,Michel Eugène 谢夫勒尔
Chiu,Hong-Yee 邱洪宜(音译)
Christison,Robert 克里斯蒂森
Christofilos,Nicholas 克里斯托菲洛斯
Christy,James W. 克里斯蒂
Churchill,Winston 丘吉尔
Clairault,Alexis Claude 克来罗
Clark,Alvan A.克拉克
Clark,Wilfrid Le Gros W.L.G.克拉克
Clarke,Arthur C. A.C.克拉克
Claude,Georges 克洛德
Clausius,Rudolf Julius Emmanuel 克劳修斯
Clementi,Enrico 克莱门蒂
Clerk,Dugald D.克拉克
Clynes,Manfred 克莱因斯
Coblentz,William Weber 柯布伦茨
Cockcroft,John Douglas 科克罗夫特
Code,Arthur Dodd 科德
Cohen,B. B.科恩
Cohn,Edwin Joseph E.J.科恩
Cohn,Ferdinand Julius F.J.科恩
Cleridge,Samuel Taylor 柯尔律治
Collins,Samuel Cornette 柯林斯
Colt,Samuel 科尔特
Columbus,Christopher 哥伦布
Compton,Arthur Holly 康普顿
Conant,James Bryant 科南特
Congreve,William 康格里夫
Cook,Captain James J.库克
Cook,Newell C. N.C.库克
Coolidge,William David 库利吉
Cooper,Peter 库柏
Copernicus,Nicolaus 哥白尼
Copp,D.Harold 柯普
Corbet,Ruth Elizabeth 科比特
Corey,Robert Brainard R.B.科里
Cori,Carl Ferdinand C.F.科里
Cori,Gerty Theresa G.T.科里
Coriolis,Gaspard Gustave de 科里奥利
Correns,Karl Erich 科伦斯
Corson,Dale Raymond 科森
Coryell,Charles DuBois 科里尔
Coster,Dirk 科斯特
Cotton,Gardner Quincy 科顿
Coulomb,Charles Augustin de 库仑
Couper,Archibald Scott 库拍
Custeau,Jacques-Ives 库斯托
Cowan,Clyde Lorrain 考恩
Crafts,James Mason 克拉夫茨
Craig,Lyman Creighton 克雷格
Cranston,John Arnold 克兰斯顿
Crewe,A'bert Victor 克鲁
Crick,Francis Harry Compton 克里克
Cromwell,Townsend 克伦威尔
Cronin,James Watson 克罗宁
Crookes,William 克鲁克斯
Cross,Charles Frederick 克罗斯
Cullen,William 卡伦
Curie,Jacques 雅克·居里
Curie,MarieSklodowska 居里夫人(斯可罗多夫斯卡)
Curie,Pierre 皮埃尔·居里
Curtis,Heber Doust 柯蒂斯
Cuvier,Georges Léopold 居维叶
Cyrano de Bergerac 西拉诺·德·贝热拉
D
Daguerre,Louis Jacques Mande 达盖尔
Daimler,Gottlieb 戴姆勒
Dale,Henry 戴尔
Dalton,John 道尔顿
Dam,Carl Peter Henrik 达姆
Dandolo,Enrico 丹多洛
Dante Alighieri 但丁
Danysz,Marian 丹尼兹
Darby,Abraham 达比
D'Arrest,Heinrich Ludwig 迪阿雷斯特
Darrow,Clarence 达罗
Dart,Raymond 达特
Darwin,Charles Robert C.R.达尔文
Darwin,George Howard G.H.达尔文
Daubrée,Gabriel Auguste 多布雷
Davaine,Casimir Joseph 达芬
Da Vinci,Leonardo 列奥纳多·达·芬奇
Davis,Marguerite M.戴维斯
Davis,Raymond R. R.R.戴维斯
Davisson,Clinton Joseph 戴维孙
Davy,Humphry 戴维
Dawson,Charles 道森
Debierne,André Louis 戴柏伦
DeBroglie,Louis Victor 德布罗意
Debye,PeterJoseph Wilhelm 德拜
DeForest,Lee 德福雷斯特
Deigado,José Manuel Rodriguez 德尔加多
Delporte,Eugène 德尔波特
Dement,William 德门特
Dernocritus 德谟克利特
Dempster,Arthur Jeffrey 登普斯特
Desaguliers,John Théophile 德萨居利埃
Descartes,Rene 笛卡儿
Destriau,Georges 德斯特劳
Deutsch,Martin 多伊奇
Devol,Jr.,GeorgeC. 小德沃尔
De Vries,Hugo 德弗里斯
Dewar,James 迪尤尔
D'Hérelle,Félix Hubert 德爱莱尔
Dicke,Robert Henry 迪克
Diebold,John 迪博尔德
Diels,Otto 狄尔斯
Diener,T.O. 迪纳尔
Diesel,Rudiolf 狄塞耳
Dietz,Robert S. 迪茨
Dirac,Paul Adrien Maurice 狄喇克
Disraeli,Benjamin 迪斯累里
Döhareiner,Johann Wolfgang 德贝赖纳
Dobzhansky,Theodosius 多布赞斯基
Doering,William von Eggers 多林
Doisy,Edward 多伊西
Dole,Stephen H. 多尔
Dollfus,Audouin 多尔夫
Dollond,John 多朗德
Domagk,Gerhard 多马克
Donath,William Frederick 多纳思
Donn,William L. 唐
Doppler,Christian Johann 多普勒
Dorfman,D.D. 多尔夫曼
Dorn,Friedrich Emst 多恩
Doty,Paul Mead 多蒂
Douglass,Andrew Ellicott 道格拉斯
Down,John Langdon Haydon 唐恩
Drake,Edwin Laurentine E.L.德雷克
Drake,Frank Donald F.D.德雷克
Drebbel,Cornelis 德雷贝尔
Drummond,Jack Cecil 德拉蒙德
Dubois,Marie E.F.T. 迪布瓦
DuBois-Reymond,Emil 杜布瓦-雷蒙
Dubos,René Jules 迪博
Du Fay,Charles F. de C. 迪费
Duggar,Benjamin Minge 达格尔
Dumas,Jean Baptiste André 杜马
Dunning,John Ray 邓宁
Du Pouy,Gaston 迪普伊
Dutrochet,René Joachim Henri 迪特罗谢
Dutton,Clarence Edward 达顿
Dyce,Rolf Buchanan 戴斯
E
Eastman,George 伊斯曼
Eccles,John Carew 埃克尔斯
Eckert,John Presper 埃克特
Eddington,Arthur Stanley 爱丁顿
Eddy,John A. 埃迪
Edelman,Gerald Maurice 埃德尔曼
Edison,Thomas Alva 爱迪生
Edman,Pehr 埃德曼
Edward VII(King) 爱德华七世
Ehrlich,Paul P.埃尔利希
Ehrlich,Paul R. P.R.埃尔利希
Eijkman,Christiaan 艾克曼
Einstein,Albert 爱因斯坦
Einthoven,Willem 埃因托芬
Elrord,William Joseph 埃耳福德
Elizabeth I(Queen) 伊丽莎白一世
Ellerman,Wilhelm 埃勒曼
Elliot,James L. 埃利奥特
Elsasser,Walter Maurice 埃尔萨塞
Elvehjem,Conrad Arnold 埃尔维耶姆