科学百科63期丨中微子是物质还是能量？

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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第六十三个问题：中微子是物质还是能量？

早在1911年，奥地利物理学家赫斯就发现地球一直在受到来自外层空间的、穿透能力非常强的辐射的轰击。这种辐射在1925年被美国物理学家米利肯命名

十九世纪的科学家曾经认为，物质和能量是两种截然不同的东西。一切占据某一空间并具有质量的东西都是物质。由于物质具有质量，它也就具有惯性，并且会对万有引力场做出反应。至于能量则既不占地方，也没有质量，但它能够做功。后来人们又进一步感觉到，物质是由粒子（原子）所组成，而能量却往往是由波组成的。

不仅如此，十九世纪的科学家还认为，物质是既不能创造，也不能消灭的，同样，能量也是既不能创造，也不能消灭的。宇宙中物质的总量是不变的，能量的总量也是这样。因此，当时不但有一条物质守恒律，而且还有一条能量守恒律。

后来，爱因斯坦在1905年指出，物质是能量的一种非常集中的形态。质量可以转化成能量，能量也可以转化成质量。我们只需要考虑能量守恒律就够了，因为它已把物质包含在内。

事情还不止是这样。到本世纪二十年代，人们开始清楚地知道，不应该把粒子和波当作两种不同的东西而把它们相提并论。我们本来认为是粒子的东西，在某些方面表现得像波一样。而我们本来认为是波的东西，在某些方面却有粒子的行为。这样，我们可以说有“电子波”，也可以说有“光粒子”——即“光子”。

但是，这里仍然有一个差别。物质粒子相对于某个观察者可以是静止不动的。即使在静止的时候，它们也具有质量：它们具有大于零的“静质量”。

但是，像光子这样的粒子，它们的静质量却等于零。如果它们真的能相对于你静止不动，那么，你根本测量不到任何质量。不过，这纯粹是理论上的说法，因为静质量为零的粒子不管是相对于你还是相对于任何别的观察者来说，都永远不可能是静止不动的。这样的粒子在真空中必定永远以每秒约300,000公里的速度运动。它们一旦产生出来，就马上以这个速度急急忙忙地奔驰着。

正是因为光子（在真空中）永远以每秒约300,000公里的速度运动，而光又是由光子构成的，所以我们就把这个速度叫做“光速”。

得了，那又关中微子什么事呢？

中微子是在某些原子核反应中产生的，到目前为止，还没有一个原子物理学家能够测出它的质量。看来非常可能，中微子就像光子一样，静质量也等于零。

如果事情真的是这样，中微子在真空中就永远以每秒约300,000公里的速度运动，并且在它们刚刚产生时就具有这个速度。

但是，中微子并不是光子，因为这两者具有截然不同的性质。光子非常容易同物质粒子相互作用，因此，当它们通过物质时，速度就会减慢并被吸收掉（有时这发生得很快）

然而，中微子却根本不怎么同物质粒子相互作用，因此，它们可以通过整整一光年厚的固体铅块，而却不会受到多大的影响。

这样，似乎显而易见，既然中微子的静质量等于零，它们就不是物质。从另一方面说，它们需要用能量才能产生，而且它们还带着能量离开它们产生的地方，所以，它们是能量的一种形态。

可是，它们在通过任何已知物质时几乎完全不起任何相互作用，所以，它们实质上完全没有做功。这就使它们不同于任何一种别的能量形态。看来，也许我们最好是别去追究它们是物质还是能量，而干脆就把它们叫做中微子吧！