科學(xué)百科44期丨什么是“反引力”？怎樣才能研究它？

本期為大家?guī)恚?/p>

《你知道嗎——現(xiàn)代科學(xué)中的100個問題》

本書是阿西莫夫的優(yōu)秀作品之一。

作者以通俗的語言，深入淺出地解釋了現(xiàn)代科學(xué)中的一百個尖端課題。

其中，有些是了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所必須具備的基礎(chǔ)知識，如科學(xué)的研究方法、二進(jìn)制數(shù)、相對論、亞原子粒子、核聚變、熵、晶體、病毒等。有些則是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的前沿陣地，如黑洞、統(tǒng)一場論、夸克、快子、金屬氫等。

作者對這些問題的來龍去脈，它們目前處在什么樣的狀態(tài)、有沒有希望得到解決等問題均作了回答。

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第四十四個問題： 什么是“反引力”？怎樣才能研究它？

強(qiáng)度隨距離平方而減小的場有兩種：電磁場和引力場。這種減小是比較緩慢的，因此，即使在很遠(yuǎn)的地方，也能發(fā)現(xiàn)這兩種場的存在。地球離開太陽有一億五千萬公里遠(yuǎn)，但仍被太陽的引力場緊緊地抓住不放。

但是，在這兩種場當(dāng)中，引力場又比電磁場弱得多。一個電子所產(chǎn)生的電磁場要比它所產(chǎn)生的引力場大約強(qiáng)四百億億億億億倍。

當(dāng)然，引力場似乎是挺強(qiáng)大的，每一次我們從高處跌落下來時，都會痛苦地體驗(yàn)到這一點(diǎn)。但這只是地球太大了的緣故。地球的每個小塊都對引力場有所貢獻(xiàn)，結(jié)果，總的引力場就變得很可觀了。

然而，如果我們拿出一億個電子（這個數(shù)量是太微不足道了，如果把它們集中到一點(diǎn)上，那么，即使用顯微鏡也無法看到它們），并讓它們散布在地球那么大的空間里。這時，這些電子所產(chǎn)生的電磁場，就會和整個巨大的地球所建立的引力場一樣強(qiáng)大。

為什么我們對電磁場的感覺不像對引力場那樣明顯呢？

這是由于它們有一點(diǎn)不同的緣故，電荷有兩種，分別叫做正電荷與負(fù)電荷，因此，電磁場既可產(chǎn)生吸引作用（在正電荷與負(fù)電荷之間），也可產(chǎn)生排斥作用（在兩個正電荷或兩個負(fù)電荷之間）。事實(shí)上，如果在像地球那么大的體積內(nèi)除了一億個電子之外別無他物的話，這些電子就會互相排斥，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地散布開來。

由于電磁吸引力和排斥力的作用，會使正電荷與負(fù)電荷均勻地混和起來，這樣，兩種電荷的效應(yīng)就趨于互相抵消。至于電荷數(shù)目的極其微小的差別，則是有可能存在的。我們所研究的正是這種多了一點(diǎn)或少了一點(diǎn)某種電荷時的電磁場。

然而，引力場看來僅僅產(chǎn)生吸引力。每一種具有質(zhì)量的物體都會吸引其他具有質(zhì)量的物體，而當(dāng)質(zhì)量增加時，引力場也會增大，它們是不會抵消的。

如果某個具有質(zhì)量的物體，能夠排斥另一個具有質(zhì)量的物體——其強(qiáng)度和排斥方式正好與一般情況下它們互相吸引時一樣，那么，我們就得到了“反引力”，或叫“負(fù)引力”。

人們還從未發(fā)現(xiàn)這種引力排斥作用。不過，這很可能是由于我們所能研究的一切物體都是由普通的物質(zhì)微粒構(gòu)成的緣故。

世界上存在著一類“反粒子”，它們在各方面都與普通的粒子相同，只是它們所產(chǎn)生的電磁場恰好同普通粒子相反。例如，如果某一種粒子具有負(fù)電荷：相應(yīng)的反粒子就會有正電荷。也許，反粒子也會具有相反的引力場。兩個反粒子會像兩個普通粒子一樣地以引力互相吸引，但是，一個反粒子卻會排斥一個普通粒子。

麻煩的是，引力場是太微弱了，只有在相當(dāng)大的質(zhì)量下，才能發(fā)現(xiàn)引力場，而單個粒子或反粒子的引力場，則是無法發(fā)現(xiàn)的。我們能夠得到普通粒子構(gòu)成的大質(zhì)量，但是，迄今仍未能把足夠多的反粒子搜羅到一起。而且，時至今日，也沒有哪個人能夠提出一種能夠發(fā)現(xiàn)反引力效應(yīng)的切實(shí)可行的辦法來。