科学百科52期丨能量为零的快子会以无限大的速度运动

本期为大家带来：

《你知道吗——现代科学中的100个问题》

本书是阿西莫夫的优秀作品之一。

作者以通俗的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。

其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。

作者对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

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第五十二个问题： 能量为零的快子会以无限大的速度运动，这样说来，确实有可能实现无限大的速度？

粒子以无限大的速度运动这种想法本身，看来似乎有一些荒谬的地方，它不需要花任何时间，就会从A点跑到B点，这就是说，它将不仅同时处在A点和B点上，而且也同时处在A、B两点之间的各点上，它还会继续跑到C、D、E等点上去，并且再进一步走过无限大的距离，而且这一切都不用花费任何时间。这样一来，一个以无限大速度运动的粒子，就会具有一根无限长的固体棒的各种性质。

如果空间像爱因斯坦相对论所指出的那样发生弯曲，那么，这根固体棒实际上会成为一个巨大的圆或螺旋，要不然，就是某种形状还要更加复杂的、变幻不定的曲线。

不过，现在让我们先来设想一个由快子构成的宇宙，在这个宇宙中，所有粒子的速度全都大于光速。当这种粒子所获得的能量越来越多时，它们的运动速度就变得越来越慢，到它们得到无限大的能量时，它们的速度就降低到等于光速。当它们失去的能量越来越多时，它们就运动得越来越快，到它们的能量等于零的时候，它们的运动速度就达到无限大。

我们可以想象到，在这样的宇宙中，粒子的能量范围是很宽广的：有些粒子的能量非常高，有些粒子的能量非常低，有些粒子的能量则介于这两者之间（就像我们这个宇宙中粒子的实际情况那样）。

在这样的宇宙中（就像在我们这个宇宙中一样），能量必须通过某种相互作用才能从一个粒子转移给另一个粒子，比如说，要通过两个粒子的碰撞，如果低能粒子A同高能粒子B发生碰撞，那么，粒子A获得能量而粒子B损失能量的机会是非常大的，所以，一般的趋势是形成两个具有中等能量的粒子。

当然，也会有一些例外的情形。如果是两个能量相等的粒子发生相互作用，那么，其中的一个粒子可能获得能量，另一个粒子则损失能量，从而把能量范围拉大了。甚至还有可能（尽管可能性不大）发生这样的情形：一个高能粒子通过同一个低能粒子相碰撞而获得更多的能量，而那个低能粒子所剩下的能量却比原来还要少。

考虑到这种碰撞的随机性和能量转移的随机性，我们就会得出结论说，这些粒子的能量分布必定是大多数粒子具有中等能量，有些粒子具有较高（或较低）的能量，少数粒子具有非常高（或非常低）的能量，非常少的粒子具有极高极高（或极低极低）的能量，只有痕量的粒子才具有极高极高极高（或极低极低极低）的能量。