摘要: 本文首先分析了中微子不具有電磁質(zhì)量，只有引力質(zhì)量，參與引力作用和弱相互作用，不參與電磁作用和強(qiáng)相互作用，提出了中微子就是廣義相對(duì)論中提出的引力波，使廣義相對(duì)論的的基礎(chǔ)更加牢固，提出了中微子不具有時(shí)間量子屬性，不滿足Lorentz transformation，與Lorentz transformation不矛盾，宇稱不守恒仍然成立。
關(guān)鍵詞：引力質(zhì)量、電磁質(zhì)量、中微子、弱相互作用、宇稱不守恒。
20世紀(jì)30年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)原子核在衰變前后的能量不一致。瑞士物理學(xué)家泡利在1931年最先假設(shè)有種新粒子“竊走了”能量。后來(lái)的發(fā)現(xiàn)證明泡利的假設(shè)是正確的，物理學(xué)家費(fèi)米遂將這種微小的中性粒子稱為中微子。中微子質(zhì)量可能只有電子的百萬(wàn)分之一，是亞原子粒子中“最靦腆”的粒子，因?yàn)樗鼈儫o(wú)處不在、以光速飛奔，卻幾乎不與周圍的物質(zhì)作用。在自然界里，中微子產(chǎn)生于太陽(yáng)內(nèi)的放射性衰變過(guò)程，或者宇宙射線中。
中微子是基本粒子中的成員，分為三代。本世紀(jì)六七十年代，格拉肖、溫伯格和薩拉姆三位科學(xué)家對(duì)基本粒子進(jìn)行了分類，提出粒子物理學(xué)的框架是標(biāo)準(zhǔn)模型，即特質(zhì)由12種基本粒子構(gòu)成。它們包括6種夸克和6種輕子。夸克和輕子的大小不足原子的十億分之一。
夸克包括下、上、奇、粲、底、頂，共6種。輕子分為三代，第一代包括電子、電子中微子；第二代包括μ（繆子）子和μ中微子；第三代包括τ子和τ中微子。第一代電子中微子和第二代μ中微子已分別在1956年和1962年通過(guò)實(shí)驗(yàn)被證實(shí)存在。
量子引力和近年觀測(cè)到的“基本粒子”的整個(gè)家族的性質(zhì)的最終確定在根本上是相關(guān)聯(lián)的。正確的量子引力理論應(yīng)當(dāng)可以消除折磨著傳統(tǒng)量子場(chǎng)論的無(wú)限大。由于中微子和電子都是一種輕子，但是中微子是電中性的，核力和電磁力都對(duì)中微子不起作用，因此實(shí)際上它與任何物質(zhì)只能發(fā)生引力作用與弱相互作用。電子（同時(shí)具有引力質(zhì)量和電磁質(zhì)量）參與弱相互作用，但弱相互作用的主角是中微子（只具有引力質(zhì)量），中微子具有波粒二象性，它的能量用hv表示。如果中微子有引力質(zhì)量，那么根據(jù)Einstein的質(zhì)能方程，必須把能量E*的一部分用來(lái)產(chǎn)生中微子，這樣留給電子的能量就比E*小。泡利推算出中微子是沒(méi)有質(zhì)量的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，由于中微子的引力質(zhì)量非常小，因此在埃利斯的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電子也偶爾確實(shí)會(huì)有能量為E*的情況。根據(jù)電子、放射性核和子核的旋轉(zhuǎn)情況，泡利推算出中微子具有自旋，是左手征的。在量子力學(xué)中，場(chǎng)的能量集中在波包中，electric field的能量集中在光子中，因此引力場(chǎng)的能量應(yīng)當(dāng)集中在中微子中。光波是electromagnetic field（即電磁質(zhì)量）的傳播，機(jī)械波是中微子（即引力質(zhì)量）的傳播。它們具有共性，說(shuō)明了電磁質(zhì)量和引力質(zhì)量的等價(jià)性。
1978年，斯坦福大學(xué)物理學(xué)家馬丁·佩爾和同事發(fā)現(xiàn)了τ輕子，在理論上這意味著τ中微子的存在，因?yàn)橹形⒆邮禽p子的“前輩”。但是，由于τ中微子幾乎沒(méi)有質(zhì)量，又不帶電，且?guī)缀醪慌c周圍物質(zhì)相互作用，因而一直難尋蹤跡。1982年，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家用實(shí)驗(yàn)支持了τ中微子存在的假設(shè)。1989年，歐洲核子研究中心科學(xué)家證實(shí)τ中微子是標(biāo)準(zhǔn)模型中的第三個(gè)，也是最后一個(gè)輕中微子。
1994年，兩個(gè)“天才設(shè)計(jì)師”———加利福尼亞大學(xué)研究生維多里奧·保羅內(nèi)和費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家拜倫·倫德伯格提出了建立“τ型中微子直接觀測(cè)器”的構(gòu)想，這一想法得到費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的支持，并在兩年后建成了觀測(cè)器。
從1997年起，54位來(lái)自美國(guó)、日本、希臘和韓國(guó)的科學(xué)家在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室合作探測(cè)τ中微子。他們用粒子加速器制造一股可能含有τ中微子的中微子束，然后讓中微子束穿過(guò)“τ中微子直接觀測(cè)器”內(nèi)一個(gè)約1米長(zhǎng)的鐵板靶。這一鐵板靶被兩層感光乳劑夾著，感光乳劑類似于膠卷，能夠“記錄”粒子與鐵原子核的相互作用。物理學(xué)家用3年時(shí)間從靶上的600多萬(wàn)個(gè)粒子軌跡中鑒定出了4個(gè)表征τ輕子存在和衰變的痕跡，這也是表明τ中微子存在的關(guān)鍵線索。τ輕子的痕跡被科學(xué)家拍攝下來(lái)，并在計(jì)算機(jī)中形成三維圖像，其主要特征就是其軌跡里有個(gè)結(jié)，這是τ輕子在形成后迅速衰變的表現(xiàn)。據(jù)估算，幾十萬(wàn)億個(gè)τ中微子中只有1個(gè)與靶中的鐵原子核相互作用并生成一個(gè)τ輕子。由此，科學(xué)家第一次找到了τ中微子存在的直接證據(jù)。
美國(guó)加利福尼亞大學(xué)物理學(xué)家菲利普·雅格爾接受記者電話采訪時(shí)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)τ中微子存在的直接證據(jù)具有重要意義，它使科學(xué)家對(duì)物質(zhì)基本粒子有個(gè)完整認(rèn)識(shí)。雅格爾是“τ中微子直接觀測(cè)器”的建設(shè)者之一，觀測(cè)器構(gòu)想提出者之一維多里奧·保羅內(nèi)曾是他帶的研究生。雅格爾說(shuō)：“由于我們現(xiàn)在有能力探測(cè)到τ中微子，我們就能夠設(shè)計(jì)出將物理學(xué)帶到超越標(biāo)準(zhǔn)模型層次的實(shí)驗(yàn)。在不久的將來(lái)，將誕生更加激動(dòng)人心的中微子物理學(xué)。”
因發(fā)現(xiàn)第二代μ中微子而與人分享1988年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的萊昂·萊德曼評(píng)論說(shuō)，找到τ中微子的直接證據(jù)是非常重要且等待已久的結(jié)果。說(shuō)其重要，是因?yàn)榭茖W(xué)家將據(jù)此進(jìn)一步研究三代中微子之間的關(guān)系；說(shuō)等待已久，是因?yàn)?5年前τ輕子就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在“另一個(gè)鞋子終于掉了下來(lái)”。τ輕子的發(fā)現(xiàn)者、榮獲1995年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的馬丁·佩爾說(shuō)，證實(shí)τ中微子的存在具有里程碑的意義。在找到粒子家庭全部成員之前，粒子間相互轉(zhuǎn)換的研究難以展開(kāi)，現(xiàn)在這一障礙已被掃除。τ中微子的發(fā)現(xiàn)會(huì)給現(xiàn)實(shí)生活帶來(lái)什么改變？這還是科學(xué)家們無(wú)法預(yù)言的。不過(guò)，正如居里夫人100年前發(fā)現(xiàn)原子核裂變時(shí)沒(méi)有人知道這一發(fā)現(xiàn)會(huì)有什么用處、而40年后人們用它制造原子彈和發(fā)電一樣，τ中微子的發(fā)現(xiàn)也將給科學(xué)的發(fā)展帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。30年前，科學(xué)家計(jì)算出了從太陽(yáng)流失的電子中微子的數(shù)量，但實(shí)際觀測(cè)到的中微子的數(shù)量小于計(jì)算值。2001年加拿大薩德伯里中微子觀測(cè)站的科學(xué)家證實(shí)了早先一些實(shí)驗(yàn)得出的假設(shè)：中微子事實(shí)上并沒(méi)有失蹤，只是在離開(kāi)太陽(yáng)后轉(zhuǎn)化成了τ中微子和μ中微子，因此躲過(guò)了科學(xué)家的探測(cè)。筆者認(rèn)為這三種中微子可以互相轉(zhuǎn)化，說(shuō)明它們都是只具有引力質(zhì)量。中微子的反粒子是反中微子。現(xiàn)代科技界認(rèn)為中微子總質(zhì)量上限確定到不及10億分之一的氫原子質(zhì)量，使暗物質(zhì)的一種可能形式，它們?cè)谌堪滴镔|(zhì)中最多只占有1/8的分額。（2）從場(chǎng)的時(shí)空本質(zhì)的觀點(diǎn)看，談?wù)撝形⒆拥目傎|(zhì)量是沒(méi)有意義的，這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。
中微子質(zhì)量mυ的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值是根據(jù)相對(duì)論公式： 的，1966年全球平均的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示  后來(lái)實(shí)驗(yàn)上進(jìn)一步控制β粒子能量在源中的損失，把1991——1995年間被認(rèn)為不可靠的9個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)排除掉，在2000年的粒子表中給出新的全球平均值， 式中的負(fù)號(hào)說(shuō)明中微子的引力質(zhì)量為負(fù)數(shù)，實(shí)驗(yàn)中觀察到的只是其數(shù)值，沒(méi)有考慮到其量綱。
1956年宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)后，為解釋有中微子參與的弱相互作用過(guò)程，李政道、楊振寧提出了二分量中微子理論，其物理實(shí)質(zhì)是假定自然界只存在左旋中微子與右旋反中微子而不存在右旋中微子與左旋反中微子。中微子這種永久縱向極化的性質(zhì)之所以可能，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)中微子質(zhì)量被認(rèn)為等于0，因而左旋中微子與右旋反中微子永遠(yuǎn)以光速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)一切觀察者所在的慣性系間的相對(duì)速度v都不可能超過(guò)c的緣故。假如中微子是亞光速的Dirac粒子，具有微小的質(zhì)量mυ，設(shè)它在S系以速度u＜c運(yùn)動(dòng)，則當(dāng)S`系觀察者以速度v相對(duì)于S系運(yùn)動(dòng)，又設(shè)v平行于u且v＞u時(shí)，他將看到一個(gè)左旋中微子變成右旋中微子，一個(gè)右旋反中微子變成左旋反中微子，于是中微子不可能永久縱向極化的了，出現(xiàn)了宇稱守恒的四分量中微子理論。即中微子的靜止質(zhì)量不為0與宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)事實(shí)相矛盾。(1)
如果假定中微子運(yùn)動(dòng)速度為光速，不能用時(shí)間量子度量，那么就可以解釋中微子與引力場(chǎng)具有引力質(zhì)量，但不滿足Lorentz transformation，因?yàn)橹挥芯哂袝r(shí)間量子屬性的引力質(zhì)量才滿足Lorentz transformation。 因此中微子雖然具有引力質(zhì)量，但仍然以光速運(yùn)動(dòng)，靜止質(zhì)量為0，并不是亞光速的Dirac粒子，這樣便與宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符合。在（1）中倪光炯教授提出了中微子可能是超光速粒子，但這又和狹義相對(duì)論矛盾。光子與中微子、引力場(chǎng)與electric field非常類似，可以設(shè)想中微子就是Einstein廣義相對(duì)論中的引力波，這樣就可以解釋萬(wàn)有引力的平方反比關(guān)系，中微子密度大的點(diǎn)，空間曲率大。由于絕對(duì)時(shí)空能量最低，根據(jù)能量最低原理，正引力質(zhì)量之間只有吸引力，而且可以解釋引力質(zhì)量的慣性問(wèn)題。
質(zhì)子+電子→中子+中微子，中子的引力質(zhì)量大于質(zhì)子和電子的引力質(zhì)量之和，所以中微子的引力質(zhì)量為負(fù)值，反中微子的引力質(zhì)量為正值，產(chǎn)生反中微子實(shí)際上是吸收了中微子。由于中微子的引力質(zhì)量的絕對(duì)值很小，因此在上面的變化中能量不守恒，原因在于時(shí)空本身參與了能量的交換。
現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為：由于中微子比其它物質(zhì)粒子的總數(shù)多十幾億倍，因此整個(gè)宇宙中中微子質(zhì)量的總和大大超過(guò)其它物質(zhì)的質(zhì)量總和，占宇宙總質(zhì)量的99% 以上 ，中微子可能是控制宇宙運(yùn)動(dòng)變化的關(guān)鍵性因素。根據(jù)場(chǎng)的本質(zhì)是相對(duì)時(shí)空的觀點(diǎn)，這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的。
太陽(yáng)黑子的爆發(fā)可能是正負(fù) electric charge耦合過(guò)程中，部分電磁能轉(zhuǎn)化為引力能以中微子的形式釋放出來(lái)的（因?yàn)榇藭r(shí)沒(méi)有光子射出，所以表現(xiàn)為黑子），而且此時(shí)太陽(yáng)的輻射也特別強(qiáng)。太陽(yáng)引力質(zhì)量的虧損是以中微子的形式發(fā)射出來(lái)，太陽(yáng)發(fā)光主要是由電磁能量轉(zhuǎn)化而來(lái)，因此太陽(yáng)引力質(zhì)量的虧損速度很慢，太陽(yáng)的壽命可能比原來(lái)推算的壽命大的多，根據(jù)靴袢理論可知在日全食時(shí)地球的引力場(chǎng)應(yīng)當(dāng)減弱，這一點(diǎn)可以運(yùn)用實(shí)驗(yàn)證明。假設(shè)太陽(yáng)的發(fā)光完全由引力能量轉(zhuǎn)化而來(lái)，那么地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑將越來(lái)越小，但地球運(yùn)動(dòng)軌道的半徑減小速度很慢，這一點(diǎn)由廣義相對(duì)論可以得到。
參考文獻(xiàn)：1、《物理》第31卷4期255頁(yè) 2002年 北京
2、《物理》第31卷11期759頁(yè) 2002年 北京
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