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51、既然没有任何东西能超过光速，人们所假定的那种运动得比光快的快子又是什么玩艺儿呢？
爱因斯坦的狭义相对论有一个要求：我们宇宙中所存在的一切物体，都无法以超过真空中的光速的相对速度运动。单是为了迫使物体达到光速，就得花费无限多的能量，而要把它推动到超过光速，就需要花费比无限多还要多的能量，这简直是无法思议的了。
不过，让我们暂时假定有一个物体正在以超过光速的速度运动。
光的速度是每秒约３００，０００公里，那么，要是有某个质量为１公斤、长度为１厘米的物体以每秒约４２４，０００公里的速度运动，会发生什么情况呢？如果我们应用爱因斯坦的方程，它就会告诉我们说，这时物体的质量将等于（负的负１的平方根）公斤，它的长度将变成（负１的平方根）厘米。
换句话说，任何一个运动得比光还快的物体，都会具有必须用数学上所谓“虚数”（参看问题６）来表示的质量和长度。我们没有任何办法把用虚数表示的质量和长度具体化，所以，大家就很容易认为，这样的东西既然是无法想象的，它们就不会存在了。
但是，１９６７年，美国哥伦比亚大学的杰拉尔德·范伯格却认为很有希望把那样的质量和长度具体化（范伯格并不是最先提出快子的人，这种粒子是比拉纽克和苏达珊最先假定的，但是，范伯格推广了这种概念）。也许，由“虚数”表示的质量和长度只不过是一种描述具有（让我们说是）负重力的物体的办法——这种物体同我们这个宇宙中的物质并不是靠万有引力互相吸引，而是互相排斥。
范伯格把这种比光还要快的、具有虚质量和虚长度的粒子称为“快子”。要是我们假定这种快子能够存在，那么，它是不是能够按另一种方式来遵循爱因斯坦方程的要求呢？
显然，快子是会这样的。我们可以描绘出比光跑得还要快，但却遵循相对论要求的快子所构成的整个宇宙。不过，为了使快子能够做到这一点，在涉及能量和速度的时候，情况就会同我们通常所习惯的情况相反。
在我们这个“慢宇宙”中，不运动的物体的能量等于零，但是，当它获得能量时，它就运动得越来越快，如果它得到的能量无限大，它就会被加速而达到光的速度。在“快宇宙”中，能量等于零的快子以无限大的速度进行运动，它所得到的能量越大，它的运动就越慢，到能量为无限大时，它的速度就降低到光速。
在我们这个慢字宙中，一个物体在任何条件下都不能运动得比光快。而在快宇宙中，一个快子在任何条件下都不能运动得比光慢。光速是这两个宇宙之间的界线，它是不能超越的。
但是，快子是不是真的存在呢？我们可以断言说，有可能存在着一个并不违反爱因斯坦理论的快宇宙，不过，有可能存在并不一定就等于存在。
探测快宇宙的一种可能的途径，就是要考虑到如果有一个快子以超光速通过真空而运动，那么，在它飞过时就必定会留下一道有可能探测到的光尾迹。当然，大多数快子都飞得非常快——比光还要快几百万倍（正象大多数普通物体都运动得非常慢，只达到光速的几百万分之一那样）。
一般的快子和它们的闪光在我们能够发现它们之前，早就一瞬即逝了。只有那种非常罕有的高能快子，才会以慢到接近光速的速度从我们眼前飞过。即使在这种场合下，它们飞过一公里也只需要三十万分之一秒左右的时间，所以，要发现它们也是一桩极伤脑筋的任务！

52、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罗？
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。
如果空间象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（就象我们这个宇宙中粒子的实际情况那样）。
在这样的宇宙中（就象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。
在某一个范围内的能量分布可以用数学方法表示出来。并且我们会看到，实际上既没有任何粒子具有无限大的能量，也没有一个粒子的能量等于零，粒子只能非常接近这两个能量值，但永远不能达到它们。快子有时会以稍稍大于光速的速度运动，但它的速度永远不会正好等于光速；快子也可能以确实非常巨大的速度运动，比光速还要快上百万倍（或者上亿倍或万亿倍），但它永远不会达到真正是无限大的速度。
假定有两个能量正好相同的快子非常准确地发生对头碰撞。这时，它们的动能难道不会正好互相抵消掉，从而使两者以真正无限大的速度离开碰撞地点而飞开吗？这同样是个只能逼近而无法达到的想法。两个快子具有正好相同的能量，并且非常准确地对头碰撞的机会，那是小到等于零的。
换句话说吧，在快子的宇宙中，真正无限大的速度是只能逼近、但无法达到的——在这种情况下，我们就不必去为无限大总是要引起的种种似乎荒谬绝伦的事情多伤脑筋了

53、海森堡的测不准原理是怎么回事？
要解释测不准的问题，我们先得问一问：什么叫做测准了？当你深信你精确地了解到某种物体的某种性质时，那么，不管你得到的数据怎么样，你都确信它没有问题。
但是，你怎样才能了解到那个物体的某种性质呢？无论用什么方法，你都必定要同那个物体发生相互作用。你必须把它称一称，看看它有多重；或者把它敲一敲，看看它的硬度有多大；再不然，你就得直盯着它，看看它在什么地方。而这时就必定有相互作用，不过这些相互作用是比较缓和的。
现在我就可以争辩说，这种相互作用总是会给你所力求测定的那种性质本身带来一些变化。换句话说，在了解某种事物时会由于了解它那个动作本身而使那种事物发生改变，因此，归根结蒂，你根本没有精确地了解到这种事物。
举个例子吧，假定你想测量出澡盆里热水的温度。于是，你把一根温度计放入水中，对水的温度进行测量。可是温度计是凉的，它放入水中就会使水的温度稍稍降低。这时，你仍然可以得到热水温度的很好的近似值，但是它不会精确到一万亿分之一度。温度计已经改变了它所要测量的那个温度，而这种变化几乎是无法测出的。
再举个例子，假定你想测量轮胎中的空气压力，你就要让轮胎逸出极小量的空气来推动测压计的活塞。但是，有空气逸出这个事实就说明，空气的压力已经由于测量它这一动作而稍稍降低了。
有没有可能发明一些非常微小、非常灵敏，而又不直接同所要测量的性质发生关系的测量器件和方法，因而也就根本不会给所要测量的性质带来丝毫变化呢？
德国物理学家维尔纳·海森堡在１９２７年断言说，这是不可能做到的。一个测量器件只能小到这种程度：它可以小到同一个亚原子粒子一样小，但却不能小于亚原子粒子。它所使用的能量可以小到等于一个能量子，但再小就不行了。然而，只要有一个粒子和一个能量子就已经足以带来一定的变化了。即使你只不过为了看到某种东西而瞧它，你也得靠从这个物体上弹回来的光子才能看到它，而这就已经使它发生变化了。
这样的变化是极其微小的，在日常生活中我们可以把它们忽略掉，而且我们也正是这样做的——但是，这种变化仍然存在。不过，要是你所碰到的是极其微小的物体，这时就连极其微小的变化也显得挺大，那又会出现什么情况呢？
例如，如果你想要说出某个电子的位置，那么，为了“看到”这个电子，你就得让一个光量子（更可能是一个γ射线光子）从它上面弹回来。这样一来，那个光子就会使电子的位置发生变化。
具体地说吧，海森堡成功地证明了，我们不可能设想出任何一种办法，把任何一种物体的位置和动量两者同时精确地测量下来。你把位置测定得越准确，你所能测得的动量就越不准确，你测得的动量越准确，你所能测定的位置就越不准确。他还计算出这两种性质的不准确度（即“测不准度”）应该是多大，这就是他的“测不准原理”。
这个原理指出，宇宙具有某种“微粒性”。你要是尽力把报纸上的图象放大，最后，你就会把它放大到这样一个程度：你会看到许多细小的颗粒或是斑点，而根本看不到图象的详细结构。如果你想细致地观察宇宙，你也会碰到同样的情况。
这一点使某些人感到失望，他们把这个原理看作是人类永远无知的自供状。但事情根本不是如此。我们感兴趣的是想知道宇宙是怎样工作，而测不准原理正好是宇宙的工作的一个关键性因素，宇宙存在着“微粒性”，问题就在这里。海森堡为我们指出了这一点，对此，物理学家是非常感激的。

55、为什么我们总是说某一同位素的半衰期，而不谈它的总寿命呢？
有些原子是不稳定的，这样的原子如果听其自然，早晚必定会自发地发生变化。那时就会有一个高能粒子或γ射线光子从它的原子核里飞出，因而它就变成另一种原子（属于同一种元素的原子可以称为这种元素的同位素）。如果在某个地方有大量的不稳定原子，它们就会朝四面八方辐射出粒子或γ射线，所以我们说，这样的原子是放射性的。
我们无法说一个特定的放射性原子什么时候会发生变化。这可能在一秒钟内发生，也可能过了一年还不发生，甚至可能过一千万亿年还不发生。因此，你无法测定放射性原子的“总寿命”（即它保持不变的时间）。这种“总寿命”可以具有任意值，所以，谈“总寿命”是没有用的。
不过，假定在某个地方有很多很多某种特定放射性同位素的原子。在任何一个指定的时刻，其中都有一些原子在发生变化。这时你会发现，尽管你在任何条件下都不能够说某个特定的原子将在什么时候发生变化，但你却可以预言说，在（比方说）一百万亿亿亿个原子当中，有多少个原子在多少秒钟以后会发生变化。
这是个统计学的问题。你完全不可能说出某个特定的美国人在某一年会不会死于车祸，但你却有可能相当精确地预言说，在某一年内会有某一数量的美国人在车祸中丧命。
只要给出大量某一特定同位素的原子，我们就可以测出它们在某一指定时刻的辐射量，因而就能够预言在将来任何时刻会有多大的辐射量（会有多少个原子在发生变化）。已经查明，只要把原子发生变化的方式规定下来，那么，不管在开始时有多少原子，在原子总数中有１／１０发生变化所需要的时间总是相同的，事实上，这些原子当中的２／１０（或４／１７，１９／５７３还是任何别的特定的分数）发生变化所需要的时间总是固定不变的，不管最初有多少个原子。
因此，我们不说某一特定同位素原子的“总寿命”有多长（这是没有什么用处的），却说其中某一部分发生变化所需要的时间有多长，因为这个时间长度比较容易测量出来。但是，这个某一部分到底应该是多大呢？在所有分数当中最简单的是１／２，所以通常就用某一特定同位素原子的一半发生变化所需要的时间来作标准，这就是这种同位素的“半衰期”。
某种特定的同位素越稳定，它的原子就越不容易发生变化，因而在你开始进行观察以后的（比方说）一个钟头内，某一特定数量的原子发生变化的可能性也越小，这就是说，其中一半原子发生变化所需要的时间也越长。
换句话说，某种特定同位素的半衰期越长，它就越稳定；半衰期越短，它就越不稳定。
有些同位素的半衰期确实很长。钍２３２这种同位素的半衰期为１４０亿年，任何一个数量的钍２３２，都要经过这样长的时间，才有一半发生衰变。这就是为什么钍２３２在地壳中尽管已经呆了将近５０亿年的时间（而且在不断衰变着），至今蕴藏量还非常丰富的原因了。
但是，有些同位素的半衰期却确实非常短。氦５这种同位素的半衰期大约只有一千亿亿亿分之一秒。


56、为什么科学家一直在寻找这么多新的亚原子粒子，它们有什么重要性呢？
这个问题的答案主要是一句话：“为了更多的能量。”
物理学家用一种非常粗鲁的办法去研究原子核的内部结构。他们全力以赴地用亚原子粒子去撞击原子核，把原子核粉碎成碎片，然后研究这些碎片。
最近三十年来所发生的变化，一直是在提高那些轰击原子核的微小的亚原子“炮弹”的能量。本世纪三十年代，这类炮弹的能量是几百万电子伏；四十年代是几亿电子伏：五十年代是几十亿电子伏；到六十年代，已提高到几百亿电子伏。看来，在七十年代大概会有能量达到几千亿电子伏的炮弹了。
轰击原子核的能量越大，击碎后所产生的粒子的数量就越多，并且这些粒子也越不稳定。你可能会想到，随着冲击力量的加强，所出现的粒子会变得越来越小（不是吗，狠狠的一击可以把一块岩石分裂成两大块，而更猛烈地一击却可以把同一块岩石分裂成十多块小碎片呀）。但是，在原子核的场合下，事情却不是这样。击碎后出现的那些粒子都倾向于成为相当重的粒子。
我们知道，能量可以转化成质量。在粉碎原子的过程中出现的那些亚原子粒子，并不是原来在原子核中就一直存在、后来才被击出的。它们是在原子核被击碎的瞬间由入射粒子的能量形成的。所以，入射粒子的能量越大，所能产生的粒子的质量就越大，并且这些粒子一般也越不稳定。
从某种意义上说，从被击碎的原子核飞出的亚原子粒子，就象火石打击钢铁时飞出的火花一样。钢铁中本来并没有火花，火花是由撞击的能量产生的。
但是，如果这样的话，所有这些亚原子粒子还有什么重要性？它们不可能就象火花那样，也只不过是能量的一些偶然的产物吗？
物理学家并不这样想，因为这些粒子所遵循的法则太多了。所形成的粒子都具有一定的特性，这些特性要服从一些相当错综复杂的法则。这就是说，各种不同的粒子都可以用一些被称为“同位旋”、“奇异性”、“宇称”等等的数字来表示，这些数字的本性受到某些严格的限制因素的支配。
可见，在这些限制因素的后面必然隐藏着某种东西。
美国物理学家盖尔曼已经研究出了一种按照这些数字逐渐增大的次序把各种亚原子粒子排列成表的体系，由于这样做，他就能够预言一些迄今未知的新粒子。具体地说，他曾经预言了负ω粒子的存在，这种粒子应该具有某些看来不太可能的特性，但是，当人们去寻找这种粒子时，它果然被发现了，并且还正好具有盖尔曼所预言的那些特性。
盖尔曼还提出，如果目前已知的几百种粒子全都是由很少几种更简单的粒子（他把这些粒子称为“夸克”）构成的，那么，已知的粒子就会很自然地按照他所指出的方式排列成一个表。目前，许多物理学家正在搜索这种夸克。如果夸克真的被发现了，那么，它们可能为我们提供一幅有关物质的根本性质的崭新图景，那对我们很可能是极其有用的。

60、反粒子会产生反能量吗？
二十世纪初，物理学家开始明白，一切物质都是由某几种不同的粒子组成的。１９３０年，英国物理学家狄拉克在研究这些粒子的数学理论时断言说，每一种粒子都应该会有它的对立面。
举个例子说吧！电子具有负电荷，而质子具有大小正好相同的正电荷，但这两种粒子并不是对立面。质子的质量显然比电子大得多。
按照狄拉克的意见，应该存在着一种具有与电子同样大的质量、但却带有一个正电荷的粒子，也应该有一种具有与质子同样大的质量、但却带一个负电荷的粒子。这两种粒子后来确实被人们探测到了，因此，我们现在知道有一种“反电子”（即“正电子”）和一种“反质子”。
中子根本不带任何电荷，但它有一个指向某个方向的磁场。“反中子”也不带电荷，但它的磁场所指的方向同中子的磁场相反。
似乎存在着这样一条自然规律：一个粒子可以转变为另一个粒子，但是，要是在起先并不存在粒子的情况下产生了一个粒子，就必定会同时产生一个反粒子。
这里可以举一个例子，一个中子可以转变成一个质子，由于这是一个粒子转变成另一个粒子，似乎是不成问题的。不过，在这个转化过程中还形成了一个电子。这就等于说有一个粒子变成了两个粒子。为了抵消掉这第二个粒子，这时还形成了一个非常微小的反粒子，即所谓“反中微子”。
这时，一个粒子（即中子）变成了另一个粒子（即质子）加上一个粒子－反粒子对（即电子和反中微子）。
粒子－反粒子对既可以从能量产生出来，也可以重新全部变为能量。你无法用能量仅仅产生一个粒子，也无法仅仅产生一个反粒子，但是，你可以用能量产生一个粒子－反粒子对。
能量本身是由“光子”构成的，这就产生了一个问题：光于是个粒子呢，还是个反粒子？似乎没有任何办法把一个光子转变成一个电子，所以，它不可能是粒子。但是，同样也没有任何办法把它转变成一个反电子，所以，它也不可能是反粒子。
不过，一个能量充分高的γ射线光子可以转变成一个电子－反电子对。这么一来，光子本身似乎既不是粒子，也不是反粒子，而是一下子就代表一个粒子－反粒子对。
每一个光子也都是一个反光子。换句话说，光子就是它自身的对立面。
你可以这样来看待这个问题：假定你把一张纸从当中对折，并把它一分为二。在其中的半张纸上写下所有粒子的名称，而在另外半张纸上写下所有反粒子的名称。那么，你该把光子写在什么地方呢？当然是该写在折缝里了。
正是由于这个原因，粒子世界所产生的能量是由光子组成的，反粒子世界产生的能量也是由光子组成的，两者之间毫无差别。能量就是能量，并不存在什么反能量之类的东西（就我们目前所知道的而论）。

61、宇宙线与中微子的性质有什么不同？
宇宙线是由速度不断增大、带有正电荷和质量颇大的亚原子粒子组成的，在这些粒子当中有百分之九十左右是质子（氢原子核），百分之九是α粒子（氦原子核）。剩下的百分之一是更复杂的原子核。已经探测到其中有像铁那样复杂的原子核（铁原子核的质量等于单个质子质量的56倍）。
由于宇宙线粒子的质量这样大，并且又以极其巨大的速度运动（很接近光速），它们就带有极大的能量。事实上，它们是我们所知道的、能量最大的粒子，有些宇宙线粒子的能量比用最最大的加速器所能产生的粒子还要高几十亿倍。
宇宙线粒子在迅猛地撞入地球的大气中时，把它们所碰到的任何原子都击得粉碎，从而产生大量的“次级辐射”，这是由包括介子和正电子在内的各种各样粒子组成的。最后，这种辐射猛烈地撞到地球本身，其中有一部分能穿入地下好多米才被吸收掉；这样的粒子会使它们所碰到的任何原子（包括人体中的各种原子）发生变化。可以想到，这样带来的变化会引起白血球增多症这类疾病。它们还有可能诱发突变。不过，就任何一个特定的个体来说，发生这种情形的机会都是很小的，因为所有碰巧能击中某个特定的人的宇宙线粒子，几乎全都会从他身上穿过去，而不对他造成重大的损害。
宇宙线粒子的确切来源和它们获得巨大能量的办法，都是现在争论不休的问题。
中微子是在产生电子、正电子或μ子的任何一种核反应中，随着其中的一种粒子一起产生的。例如，在太阳上进行的那种核反应产生了大量的正电子，因而也产生了大量的中微子。
中微子是以光速运动的，所以它们甚至比宇宙线粒子跑得更快，不过，它们的能量却低得多，因为中微子完全没有质量和电荷。中微子不会被物质所吸收，除非它们正好击中了某个原子核，但这种情况是极其罕有的，所以，平均地说，中微子能够穿过几万亿公里的固体铅块，然后才被吸收掉。
这样，太阳在每秒内产生的无数万亿个中微子就要朝四面八方射出。那些碰巧朝地球射来的中微子将击中我们，然后就像根本不存在地球一样，若无其事地穿过它径直继续向前飞去，它们同样也穿过我们所有的人。我们在一生中，日日夜夜都不断受到中微子的轰击，但是，由于它们在穿过我们的身体时不会受到吸收，所以它们也不会对我们产生任何影响。
当然，也可能有某个特定的中微子正好在我们附近极其幸运地直接击中了某个原子核。那么，我们就可以探测到中微子。本世纪五十年代，物理学家学会了怎样利用这种非常罕见的事例。现在中微子可以为我们提供恒星内部（也就是产生中微子的地方）的情报，那是我们用任何别的方法所无法得到的。

62、宇宙线对于在空间旅行的人有多大的危险性？
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为“宇宙线”，因为它们是在宇宙中产生的。
经过这些年来，人们已经发现，宇宙线是由一些非常高速的带正电原子核组成的。其中大约有百分之九十是质子（氢的原子核），百分之九是α粒子（氦的原子核），剩下的百分之一是一些质量更大、结构更复杂的原子核，有些大的如铁的原子核，质量为质子的56倍。
这些撞击地球外层大气的高速原子核是所谓“原辐射”。
它们同空气分子相碰撞，并把分子击碎，从而产生各种各样能量同原辐射差不多一样高的粒子。空气分子爆炸而形成的这些新粒子就构成了“次级辐射”。
次级辐射有一部分能到达地面，并穿入地壳好几米深。有一小部分辐射会从人体穿过，这样的辐射会对细胞造成偶然性的损害，而这可能成为使基因产生突变的因素之一。如果这样的辐射足够多，就会使大量的细胞受到损伤以致使人死亡，但是，幸亏在我们这里，即在大气层的下部，这样的辐射并不太多。生物经过宇宙线几十亿年的轰击，终于还是幸存下来了。
宇宙线的起源是个有争论的问题，不过，它们至少有一部分是由普通的恒星产生的。1942年有人发现，当太阳表面爆发出“太阳耀斑”（这是一种巨大的爆炸）时，它也会产生一些能量不算太高的宇宙线。
我们的高层大气把一般宇宙线粒子的能量吸收掉一大部分，而次级辐射可以在大气中跑得远一些，才受到部分吸收。原来的辐射能只有很少一部分能够不被吸收而到达我们所居住的地面。
但是，在大气层以外的空间中，宇航员可就得面临着原辐射的十分猛烈的轰击了。这时，屏蔽也起不了太大的作用。撞击在任何屏蔽物原子上的宇宙线粒子都会产生次级辐射，它们会朝飞船内部像弹片那样向四面八方飞散。如果屏蔽用得不合适，那实际上可能造成更坏的后果。
这种危险的大小完全取决于外层空间中宇宙线的活性有多大——特别是取决于那些质量确实很大的粒子的数量，因为大多数损害都是这类粒子造成的。过去美国和苏联已把许多人造卫星发射到外层空间去检测宇宙线的数量，看来在通常的条件下，宇宙线的数量不大，足以保证合理的安全要求。
最可能出危险的机会可能是由太阳所产生的那些中等强度的宇宙线引起的。我们的大气能够把这些辐射差不多全部挡住，但在外层空间中却没有任何大气来为宇航员挡住这些辐射。这种辐射尽管能量不太高，但数量却很多，这就可能使它们变得很危险。太阳的宇宙线只有在出现太阳耀斑时才大量产生。因此，宇航员有幸运的一面：这种耀斑并不太经常出现；但也有不幸的一面：我们还无法预测要出现耀斑的精确时间。
因此，当宇航员登上月球时，我们当然一定会希望在一两个星期的时间内，不要出现那种向他们那里喷出宇宙线粒子的大耀斑。

63、中微子是物质还是能量？
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！

65、增殖反应堆是什么东西？
铀235是实用的核燃料。这就是说，慢中子会使铀235原子发生裂变（一分为二），并且产生更多的慢中子，而这些慢中子又会进一步引起其他铀原子裂变，使裂变过程持续下去。
由于同样的原因，铀233和钚239也是实用的核燃料。
遗憾的是，天然存在的铀233和钚239的数量真是微乎其微，而铀235的数量虽然比较可观，但也相当稀少。在任何一块天然铀的标本中，每一千个铀原子当中只有七个是铀235，其余的都是铀238。
铀238是最常见的一种铀，但它却不是实用的核燃料。铀238也能在中子作用下发生裂变，但只有快中子才能做到这一点。那些分裂成两半的铀238会产生一些慢中子，而慢中子不足以引起进一步的裂变。铀238可以比作潮湿的木头：你可以把它烧着，但它最后还是要熄灭的。
但是，假定把铀235同铀238分离开来（这是一个相当艰巨的任务），并且用铀235来建造一个原子核反应堆，这时，构成反应堆燃料的那些铀235原子就会发生裂变，并向四面八方发射出无数慢中子。如果这个反应堆包着一个用普通铀（其中绝大部分是铀238）制成的外壳，那么，射入这个外壳的中子就会被铀238所吸收。这些中子不可能迫使铀238发生裂变，但却会使铀238发生另外的变化，最后就会产生钚239。如果把这些钚239从铀里面分离出来（这是个相当容易完成的任务），它们就可以用作实用的核燃料了。
能够用这种方式产生新燃料去代替用掉的燃料的反应堆就是增殖反应堆。一座设计得当的增殖反应堆所生产的钚239，在数量上要多于消耗掉的铀235。利用这种办法，就可以使地球上的全部铀——而不仅仅是稀有的铀235——都变成潜在的燃料来源。
天然存在的钍完全是由钍232组成的。钍232就像铀238一样，也不是实用的核燃料，因为要有快中子才能使它发生裂变。
不过，如果把钍232放进包着核反应堆的外壳里，钍232原子就会吸收慢中子，并且尽管它不发生裂变，最后却会变成铀233原子。由于铀233是一种很容易同钍分离开来的实用燃料，这样做的结果便又实现了另一种增殖反应堆，它会把地球上现有的钍资源变成潜在的核燃料。
地球上的铀和钍的总量大约比铀235一项的蕴藏量多800倍。这就是说，如果适当地利用增殖反应堆，就可以通过原子核裂变发电厂把地球上的潜在能源增加800倍。

66、我们得把氢加热到多高的温度和保持这个温度多长的时间，才能使聚变反应持续进行下去？
当氢被加热到越来越高的温度时，它就会以越来越快的速率通过辐射丧失它的能量。另一方面，随着温度的继续上升，氢原子会失去它们的电子，只剩下裸露的原子核撞击在一起并发生聚变。当发生这样的聚变时，就会产生能量。这时，由于温度继续升高，便会通过聚变产生越来越多的能量。
随着温度的上升，聚变所产生的能量的数量增加的速率，将大于通过辐射损失能量的速率。在某一个临界温度下，聚变所产生的能量正好同通过辐射损失掉的能量一样多。在这种条件下，温度将保持不变，因而聚变反应就会变成自持的。
只要有更多的氢不断供给这样一个系统，能量就会源源不绝地产生出来。
发生聚变所要求的温度随着氢的“品种”的不同而改变。
最常见的是氢（H），它的原子核是由一个质子构成的。然而还有重氢，即氘（D），它的原子核由一个质子和一个中子构成；还有一种放射性氢，氚（T），它的原子核由一个质子和两个中子构成。
在一定的温度下，氘的聚变所产生的能量比氢的聚变多，而氚的聚变所产生的能量还要更多。
当只有氢发生聚变时，在一定温度下产生的能量太少了，因此，要在实验室中让这种反应持续进行下去，就要求温度超过摄氏十亿度。不错，在太阳的中心是氢在发生聚变，而那里的温度只有15,000,000℃，但是，在这样低的温度下，只有很小一部分氢参加聚变。但由于太阳上氢的数量极大，所以，尽管发生聚变的氢只占很小一部分，也已足以使太阳维持现有的辐射了。
当只由氚发生聚变时，为引燃这种反应所需要的温度是最低的，那只需要达到几百万度。遗憾的是，氚是不稳定的，它在自然界中根本就不存在。在需要用到它时，必须在实验室里把它制造出来，因此，仅仅用氚是不可能使聚变反应以地球上所需要的数量持续进行下去的。
氘发生聚变的引燃温度是400,000,000℃。氘是稳定的，但数量很少。在6,700个氢原子当中，只有一个原子是氘。不过，这就已经不算太少了。一升普通水中的氘发生聚变时，已足以产生出燃烧300升汽油所产生的能量了。
达到必要温度的一个办法，是添进适当数量的氚，使它作为诱因去起作用。氘同氚的聚变只要在45,000,000℃就可以引燃了。如果这种反应稍稍进行一会儿，其余的混合物就会被加热到足够高的温度，因而可以引燃氘本身的聚变反应。
这个温度所需保持的时间长度取决于氢的密度。每立方厘米中的原子越多，碰撞的次数也越多，引燃就发生得越快。如果每立方厘米有1015个原子（约为普通大气每立方厘米所含分子数的万分之一），那么，就必须把这个温度保持2秒钟。
当然，密度和温度越高，就越难使氘聚集在一起，尽管引燃聚变反应所需要的时间非常短暂。正因为这样，这些年来聚变系统一直在取得缓慢的改进，但却仍然没有达到引燃的条件。

67、电子显微镜是怎样工作的？
要回答这个问题，我们先得问一问：我们是怎样判断某个物体有多大的？
从某一物体的两侧射到我们眼中的光线，会对我们的眼睛形成一个角度。根据这个角度的大小，我们就能够判断出那个物体的视大小。
但是，如果这些光线在到达我们的眼睛之前，先通过一个凸透镜，那么，这些光线就会受到某种方式的偏折，从而使它们在我们眼中形成的角度变得大一些。这样一来，我们通过这种透镜所看到的物体似乎变大了，并且它的每一个部分也似乎变大了。这样，我们就有了“放大镜”。
用几个透镜组合起来，就有可能把物体放大几千倍，并且清楚地看到一些小到远非肉眼所能看到的细部。这时，我们所碰到的是一台利用光波来工作的光学显微镜，过这种显微镜，我们可以看见像细菌那样小的物体。
我们能够把透镜一个个叠在一起，最后做成一台能把物体放大得非常大，使我们能够看到比细菌小得多的物体，甚至连原子也看得见的显微镜吗？
很遗憾，这是做不到的。即使我们把一些最完美的透镜用最完善的方法组合起来，也无法制成这样的显微镜。光是由一定波长的电磁波构成的（波长约1/125,000厘米），比它再小的东西就什么也看不清楚了。光波已经大到足以“跳过”一切比它自身小的东西了。
不错，有几种电磁波的波长要比可见光短得多。X射线的波长就只有可见光波长的万分之一。可惜，X射线会径直穿过我们所想看到的那些东西。
但是，不是还有电子吗？电子是一种粒子，但它们的行为也像波一样。它们的波长大致和X射线差不多，但电子不会径直穿过我们所想看到的那些东西。
假定有一束光投射在某一物体上。这个物体会吸收光，并且投下一个阴影。我们通过比较亮光和阴影，就看到那个物体。如果把一束电子投射到某一物体上，这个物体也将吸收电子，并投下一个“电子阴影”。在使用电子束的情况下，要是我们想用眼睛直接去看它，那是很危险的。但是，我们可以用照相底片把物体拍摄下来。电子阴影可以告诉我们那个物体具有什么形状，要是物体的某些部分对电子的吸收比其他部分强一些或弱一些，那么，这种照片甚至还可以说明物体的一些细节。
但是，要是那个物体非常小，那会怎么样呢？如果我们用的是光束，我们可以利用透镜使光束以某种方式偏折，从而把物体的外观放大。我们不能用普通透镜使电子束偏折，不过，我们还有别的东西可以利用。电子是带有电荷的，这就是说，它们在磁场中将沿着弯曲的路径行进。如果我们所采用的磁场具有适当的强度和形状，就可以用透镜操纵光束那种办法去操纵电子了。
简单地说，这时我们就有了一台“电子显微镜”，它利用的是电子束，正像“光学显微镜”所利用的是光束那样。
不同的地方在于，电子的波长要比普通光的波长短得多，因此，电子显微镜能够为我们显示出像病毒那样细微的物体，而光学显微镜却做不到这一点

68、熵是什么？