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习题一：1. 试谈谈你对“格拉肖蛇”的理解。
物质科学体系——从“格拉肖蛇”蛇头到蛇尾，物质空间尺度依次减小，同时，“格拉肖蛇”首尾相衔，表明物理学中研究最大对象和最小对象的两个分支 宇宙学和粒子物理学就奇妙地衔接在一起，这并不意味着天体物理把粒子物理吞没，而是指在足够小和足够大的尺度下，两者具有统一的理论，即弱、电、强和引力相互作用“合四为一”。
2. 试论述中微子超光速实验测量原理。
意大利格兰萨索国家实验室下属的一个名为OPERA的实验装置接收了来自著名的欧洲核子研究中心的中微子,两地相距730公里,中微子“跑”过这段距离的时间比光速还快了60纳秒。
3. 试论述希格斯粒子对标准模型和超统一模型的作用。
杨振宁和米尔斯提出的杨-米尔斯非阿贝尔规范场理论，逐步构建完成了现代的标准模型理论。
但是杨-米尔斯方法无论应用到弱还是强相互作用中所遇到的主要障碍就是质量问题，由于规范理论规范对称性禁止规范玻色子带有任何质量，然而这一禁忌却与实验中的观测不相符合。
希格斯提出通过希格斯场产生对称性破缺，同时在现实世界留下了一个自旋为零的希格斯粒子，也称希格斯玻色子（Higgs boson ）或“上帝粒子”。
可以说，希格斯粒子是整个标准模型的基石，也是标准模型中最后一种未被发现的粒子。
如果希格斯粒子不存在，将使整个标准模型失去效力。
4. 试绘出各层次物质的德布罗意波长变化曲线。
λ=p h =p 341062.6-⨯m=nm p251062.6-⨯以λ为纵坐标，p 为横坐标绘制曲线，λ与p 成反比关系。
5. 谈谈爱因斯坦质能方程（式1-1）的理解。
爱因斯坦狭义相对论中“质能关系式”进行质量能量转换：2E mc =，他是通过比例系数c 2将质量和能量联系起来，这也就表明物质质量和能量有一定对应关系。
6. 试绘出物质质量随运动速率变化（式1-2）的曲线。
提示：以速度υ运动着的物质的质量m 和它的静止质量0m之间有着关系：m =，当物质运动速率与光速可比拟时，必须要考虑相对论效应。
物理学天空中新的乌云——中微子超光速！？前言上世纪初，两朵乌云徘徊在物理学的天边。
当时的所有物理学家都没能想到，这两朵乌云带来了相对论和量子力学的革命，从而奠定了现代物理学。
一百年来，这两个现代物理的支柱经受了无数实验的检验，一起支撑起了你我所存在的这个世界的生活。
从iphone到GPS定位，都离不开他们的理论基础。
但是历史往往是相似的，就不久前，在很多物理学家认为已经找到了我们世界的“大设计”时①，天空好像又飘来了一朵中微子的乌云……一、中微子的前世今生20世纪20年代末，物理学家在研究β衰变时，对于原子棱发生β衰变后所发射的β粒子的能量是连续的而感到难以理解，以致有人甚至认为在微观领域里可以不尊守能量守恒定律。
但奥地利物理学家泡利坚信能量守恒是一个普遗适用的规律。
为了解能量问题和其它如角动量守恒和衰变前后粒子的统计性等问题。
他于1930年提出在β衰变中发射了一种质量很小或为零的新粒子——中微子由于泡利提出可能存在这种中性的粒子，各种问题均得到满意的解释。
3年后费米根据泡利的中微子假设，于1933年提出了四分量β衰变理论。
该理论不仅成功地解决了光谱和半衰期等问题，而且还发现了除已知的引力和电磁力之外还存在第三种力——弱相互作用力。
存在中微子的假设一经提出，便解释了当时大量的物理实验现象并且很快为物理学家所接受。
可是人们一直不能从实验上证实中微子的存在。
1941年王淦昌先生建议用Be原子核的K 轨道电子俘获测量原子核的反冲能来证明中微子的存在。
阿伦根据王淦昌先生的建议用实验间接证实了电子中微子的存在。
但由于中微子的反应截面非常小，所以中微子存在的直接实验证实直到1956年才由柯温和幕苗斯获得。
他们利用反应堆反应产物的衰变产生的反中微子观测到了反中微子诱发的反应。
从而证实了反中微子的存在。
1962年幕蕾曼等人在美国布鲁海文实验室的33 GeV 加速器上证实了子中微子和电子中微子是两种不同的中微子。
超光速和多重宇宙（关于宇宙本质的新认识）摘要：关于宇宙，本天区内可能有总宇宙、暗物质宇宙、实体物质宇宙和超光速宇宙等4个多重宇宙。
其中的暗物质宇宙可能是引力子的物质宇宙，它的发现有可能深化我们对宇宙能质转化机制的认识；时间是实体物质宇宙的一个特征，它可能是非光速运动事物快慢的一个属性。
至于超光速，虫洞理论则提示它是客观存在，万物所以不能超越光速可能是原始能的阻碍所致。
关键词：原始能；暗物质；引力子；超光速；虫洞。
1前言本文是《原始能和宇宙大爆炸》[1]一文（简称《大爆炸》）的续篇，是副标题《关于宇宙本质的新认识》系列的第二篇。
第一篇《大爆炸》主要是在发现原始能的基础上，框架性地诠释了宇宙大爆炸发生的前因后果。
但意想不到的是却引出了一系列有关宇宙本质的新问题：比如宇宙具有多重的或平行的分布结构吗？它可演化出光速和超光速等非量子态的物质宇宙吗？等等。
我们强烈地感到，宇宙中可能存在光速、超光速等非量子态物质的事物——它们还可能是宇宙的主要物质形式，相比之下实体物质倒是占比甚小的特殊物质。
为一探究竟，本文拟把探索从本宇宙拓展到其外的多重宇宙中；并应用虫洞理论阐释超光速存在的可能性。
一、关于多重宇宙的初步认识（一）关于光速背景下的异常速度问题让我们先从光速谈起。
在《大爆炸》一文中，我们已知光速是宇宙的本原速度或正常速度，那么宇宙中会出现大于或小于光速的异常速度吗？因为实体事物的运动就是小于光速的，由于它的占比甚小，应属于不易出现的负异常速度事物。
至于超光速的正异常速度事物则较棘手，因为经典理论认为它是不可能的。
但天文观察却不时发现超新星曾以数倍于光速的速度爆发！即使在理论上，关于宇宙大爆炸的《暴胀宇宙论》也认为在宇宙的极早期曾发生过超光速暴胀。
种种异常现象迫使我们不得不怀疑超光速事物存在的可能性。
我们不禁要问，假如它确实存在，也会演化成所谓的超光速宇宙吗？回答是可能的。
因为在宇宙中，只要能产生出其它形式的物质，无论是超光速的抑或非量子的，只要它具有力的作用并拥有足够的量，就有可能自组织成另类的物质宇宙。
宇宙射线所谓宇宙射线，指的是来自于宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流。
1912年，德国科学家韦克多·汉斯带着电离室在乘气球升空测定空气电离度的实验中，发现电离室内的电流随海拔升高而变大，从而认定电流是来自地球以外的一种穿透性极强的射线所产生的，于是有人为之取名为“宇宙射线”。
宇宙射线还存在着转化、簇射的过程。
除中微子外，几乎所有的高能宇宙射线，在穿过大气层时都要与大气中的氧、氮等原子核发生碰撞，并转化出次级宇宙线粒子，而超高能宇宙线的次级粒子又将有足够能量产生下一代粒子，如此下去，一级一级的转化，将会产生一个庞大的粒子群。
1938年，法国人奥吉尔在阿尔卑斯山观测发现了这一现象，并将其命名为“广延大气簇射”。
时至今日，宇宙射线的研究已逐渐成为了天体物理学研究的一个重要领域，许多科学家都试图解开宇宙射线之谜。
可是一直到现在，人们都并没有完全了解宇宙射线的起源。
一般的认为，宇宙射线的产生可能与超新星爆发有关。
对此，一部分科学家认为，宇宙射线产生于超新星大爆发的时刻，“死亡”的恒星在爆发之时放射出大能量的带电粒子流，射向宇宙空间；另一种说法则认为宇宙射线来自于爆发之后超新星的残骸。
不管最终的定论将会如何，科学家们总是把极大的热情投入到宇宙射线的研究中去。
关于为什么要研究宇宙射线，罗杰·柯莱在其著作《宇宙飞弹》作出了精辟的阐释：“宇宙射线的研究已变成天体物理学的重要领域。
尽管宇宙射线的起源至今未能确定，人们已普遍认为对宇宙射线的研究能获得宇宙绝大部分奇特环境中有关过程的大量信息：射电星系、类星体以及围绕中子星和黑洞由流入物质形成的沸腾转动的吸积盘的知识。
我们对这些天体物理学客体的理解还很粗浅，当今宇宙射线研究的主要推动力是渴望了解大自然为什么在这些天体上能产生如此超常能量的粒子。
”出于对宇宙射线研究的重视，世界各国纷纷投入资金与设备对其展开研究。
前苏联、日本、中国、美国、法国等国家相继建立了宇宙射线观测站。
中微子的“超光速”欧洲核子研究中心2011年9月23日宣布，他们发现一些粒子可能以快于光速的速度飞行，一旦这一发现被验证为真，将颠覆支撑现代物理学的爱因斯坦相对论。
整个实验工作的第一步始于欧洲核子研究中心内部一个充满氢气的大罐子。
科学家们首先剥夺了氢原子的电子，使其成为一颗质子。
随后，这些质子被一系列加速器接力加速，最后进入大型强子对撞机（LHC）设备内部运行。
随后，一些质子被以10微秒的脉冲形式射向一个石墨靶标并产生一束介子脉冲。
这些介子很快衰变成中微子，并穿越地层抵达格兰萨索的探测器。
在这里，OPERA，即采用乳胶径迹装置的（中微子）振荡项目，所采用的乳胶寻迹设备可以感知中微子的抵达。
根据现有理论，在从欧核中心飞抵OPERA设备的数毫秒间，其中一部分中微子将发生振荡变形，从μ中微子变为τ中微子，而OPERA实验的“初衷”正是对这种中微子振荡进行研究，试图追寻到τ中微子的踪迹。
但出人意料的是，科学家们发现，中微子比光“跑”得快。
测量中微子速度的难点在于如何精确地测量距离和时间。
在该研究中，距离通过GPS（全球定位系统）测量得到，误差为20厘米；时间通过GPS和铯原子钟测量得到，精度是2.3纳秒（一秒的10亿分之一）。
中微子实际传播了732公里，“旅行”时间为0.0024秒，计算结果表明，中微子的速度是299798454米/秒，比真空中的光速299792458米/秒快5996米/秒。
这一结果震惊了欧核中心的科学家。
在仔细考虑了实验中其他各种因素的影响之后，他们认定，实验结果经得起检验，于是决定将其公开，恳请全球同行共同对实验结果进行验证。
其实，在科学史上，这并非科学家们首次观察到“中微子比光跑得快”这一现象。
此前，科学家们在1987年对SN1987A超新星进行的研究、费米实验室进行的MINOS（主注入式中微子振荡搜寻实验）等都表明，中微子似乎比光跑得快。
但因为诸多原因，没有引发如此大的反响。
SN1987A是科学家们于1987年发现的第一颗超新星，距离地球16.83万光年。
中国如何面对中微子超光速问题（拜建军807018814bai@）黄志洵教授近期发表了一篇科普性文章“欧洲科学家的超光速实验和中国科学家的责任”，文章介绍了意大利为主的科学团队用实验发现了中微子超光速现象，以及中国科学家在相关问题上所作出的理论性工作。
教授先生经过岁月的磨练已经变得锋芒收敛含蓄委婉！作者至今保存着其所著“古今名作选摘”一书，此书序言有一段讲得好：“我们的牛顿.爱因斯坦在哪里？！我们的达尔文.麦克斯韦在哪里？！---我们民族占地球人口的五分之一，却没有五分之一的科学贡献，也没有与上述人物比肩的.真正有世界水准的科学家！直到今天，我们有了庞大的科技队伍，但有人却仍然习惯于跟在洋人后面爬行，拾人牙慧”。
值得欣慰的是，我们的综合国力与科技水平有目共睹的得到了很大的提升，神州八号刚刚完成太空之吻后顺利回到了母亲的怀抱，这是整个中华民族科技进步与骄傲的象征！但我们在欣喜之余应反思一下：1.为什么总是跟在外国人之后学习吸收后再赶超他们？2.为什么不能让外国人在基础理论或重大科技工程上学习并赶超我们？比如在世界上率实现光速乃至超光速星际航行等---。
相信此问题的解决是我国几代科学家梦寐以求的夙愿，有那么一天让洋人跟在中国人身后拾我们的牙慧并赶超我们！对于物理学的贡献而言，国外科学家做了大量典范性的工作。
三百年前以牛顿.伽利略为代表建立了经典物理学体系，现代物理学基础由麦克斯韦.赫兹.卢瑟福.玻尔.普朗克.薛定谔.洛伦兹.爱因斯坦等建立。
中国科学家在基础理论与实验物理学方面的贡献是有的，但并不是具有真正决定性意义的最重大事件！国人在物理学贡献方面的现状直接反应在诺贝尔物理学奖的归属上，至今没有一个地地道道的中国人获得此奖（先不从公正角度而争论吴健雄事件），这是十几亿中国人汗颜的现状！有人说物理学已经没有重大发现的可能了，牛顿与爱因斯坦已经给了我们全部。
换句话说中国人也没有希望了，在基础理论方面只能跟在洋人后面爬行，拾人牙慧。
超光速粒子地发现与意义——用唯物主义辩证法看待超光速粒子地发现张世东超光速粒子地发现年月日，在欧洲核子研究中心（），科学家们发现了意料之外地现象：被送往公里之外实验室地中微子们比光速快了纳秒到达.用更大地数字来表示，就是光速，而他们在实验中检测到中微子速度是.这一数值地实验误差是纳秒，换言之，基本上比光速快是没错地.虽然只是地区别，但这一挑战狭义相对论光速不变原理基石地发现一旦得到证实，将会给物理学界带来巨大地变化.为了证实突破光速这个结论，科学家们慎之又慎地反复测验.研究发言人博士表示他们已经反复检验过数据和设备，但就是无法发现有什么错误，于是选择将这一结果公开，期待得到更多研究机构地重复实验和验证，以其最终得知这究竟是不是一个事实.尽管以一般地实验准则来说，他们地数据早已足够坚实. 博士说，为了检验μ中微子与τ中微子地转换，他们在三年地时间中总共进行了一万五千次中微子发射，而每一次地结果都指向同一事实：这些中微子，就是要比光速快.这一新闻在国外科学界乃至民间引起巨大轰动，正是因为它将颠覆现代物理学地最基本假设——光速不可被超越，这是否就意味着现代诸多物理理论地改写呢.一旦这些粒子确实被证实跑过了光速，将彻底改变人类对整个宇宙存在地看法，甚至改变人类存在地模式.有分析人士认为，可能宇宙中地确还存在其他未知维度，中微子抄了其他维度地“近路”，才“跑”得比光快.当然，这个结果地潜在影响巨大，急需其他实验地独立测量进行重复实验，接受更广泛、更严谨地考验，这才能最终验证或反驳是否真地存在超光速粒子.目前，研究中心已将此实验论文上传到公开网站上，并对全球物理学界进行在线说明.在有重复性试验证明上述结论之前，预言物理学界大动荡和狭义相对论过时为时尚早.用唯物主义辩证法分析实验结论世界地普遍联系和永恒发展是通过一系列基本环节实现地，对于这些基本环节地逻辑反应就是辩证法学说地基本范畴.针对超光速粒子存在这一现象可以从以下角度进行分析：（）原因和结果是揭示事物地前后相继、彼此制约地关系范畴：通过报道可以看出，此次实验观察地是中微子，它地质量非常轻，小于电子地百万分之一.中微子具有最强地穿透力.穿越地球直径那么厚地物质，在亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此，中微子也被称为宇宙间地“隐身人”.中微子在发射后不断衰变，质量变得非常小，它是唯一在理论上可以以光速运行地粒子.正是由于中微子地这一特性，使得它满足了实验地诸多苛刻条件：长达公里地传递，不受外界干扰，理论速度达到光速地数量级，从而通过实验证明了实验中粒子超过了光速.但超越光速这一结果又意味着中微子难以捕捉，实际运用存在极大难度，这又是中微子先前不被发现地重要原因，同时又证明了这个结论对物理学地冲击有限，并非舆论所设想地颠覆性结果.中微子地特殊性决定了它运动速度超光速地性质，同时这一性质有证明了中微子地特殊性，以及这一实验意义地局限性.（）必然性和偶然性世界是客观事物发生、发展和灭亡地不同趋势地范畴：必然性和偶然性是对立统一地关系，它们产生和形成原因不同，必然性产生于事物内部地根本矛盾，偶然性产生于非根本矛盾和外部条件，这一实验结果地必然性在于爱因斯坦提出狭义相对论时科学界地理论基础有限，同时中微子在自然界中存在极其稀少并且当时实验条件无法观测，即存在主观局限性；偶然性则在于实验对象中微子非常少见，其研究起源于现代二三十年间，并非涉及物理学基本粒子.同时狭义相对论在更多地实验中被证明是正确地，这一理论地存在有着必然性，在宏观上符合绝大部分粒子地表现，.（）可能性和现实性是揭示事物地过去、现在和将来地相互关系地范畴：实际上爱因斯坦地狭义相对论在诸如隧道实验中被证明无法完美揭示实验现象，即被证明存在漏洞地可能性，同时，科学家针对粒子超光速早在年代就提出了快子理论作为狭义相对论地补充，一方面限定了狭义相对论地作用范围，另一方面补充了超光速粒子存在地可能性；这一实验结果可以被解读为上述假说由可能性到现实性地转变，而不是狭义相对论地完全颠覆.（）现象和本质是揭示客观事物地外部表现和内部联系地相互关系地范畴：对于中微子而言，本次实验就是为了透过现象寻找中微子地本质，爱因斯坦曾经提出将物体加速到无限接近光速需要无限多地能量，而中微子在蜕变中超光速，一方面证实了在运动过程中存在质量衰减，同时中微子自身质量无穷小.超光速这一特殊现象传递出中微子自身构造地特殊性.同时对于除中微子以外地粒子集合，狭义相对论可以较符合地描述其本质，然而对于包括了中微子后地粒子集合，狭义相对论就被证明作用范围并非无限扩大地.为了寻找共同地本质，又需要重新对事物地现象去粗存精、去伪存真、由此及彼、由表及里地认识过程，这也是推动现代物理学进步地方式之一.（）内容和形式是揭示事物内在要素同这些要素地结构和表现方式地关系范畴：狭义相对论在过去被认为是最符合物理学地外在理论形式,但超光速粒子地存在证明了人类对现代物理学地内容地认识不足，没有建立可以详细阐述物理学内容地理论形式，这也必将促进新地物理学上地大突破.同时这一发现也将物理学地发展从理论地桎梏中解放出来.辩证唯物主义看待实验结论（）从历史人物和群众地角度看待：爱因斯坦是近现代物理学地里程碑式地人物，但是联系到他所处时代地科学研究水平，其理论必然是前瞻性地，其著名地一切物质地速度不能超过光速这一结论不过是一个假设，在狭义相对论中既没有给出证明，也没有解释原因，而作为一个假设，被证明是错误地，或者不完全正确是正常地，当今社会追求完美，过分崇拜了爱因斯坦这些名人，而忽略了任何物理学进展都是建立在诸多学者地共同努力和逐渐完善中地.（）从认识与实践地角度看待：这一发现来自于实践中，这也是在现代物理学理论地指导下完成地，但实验结果则暴露了认识与实践之间地分歧，这恰恰是认识指导实践，实践反作用于认识地相统一地过程，以目前地认知水平，没有完美地认识，这一对立而又统一地过程仍将继续下去，逐渐地完善人类地认识.与此同时，目前地认识仅在中微子上被证明是错误地，而在大部分粒子上是正确地，或者是符合实践要求地，所以认识需要加以改进而非全盘否定.在西方舆论地报道里颇有危言耸听之意，诸如狭义相对论被推翻，现在物理需要重建等，但对于科学而言，这不过是一个认识和实践地过程.（）以联系发展地眼光看待：超光速粒子这一发现在国内外一起了截然相反地影响：在国外，这一消息可以说产生了轰动效应，史蒂芬霍金公开表示反对，各大物理实验室纷纷开展同类实验加以求证，同时，这一新闻在媒体上占据头条并引发社会讨论，特别是大学生；反观国内，这一新闻在新浪搜狐等网络媒体上仅占据主要新闻版块数小时，并未诱导读者深入思考，群众对于这一发现地深刻意义也没有认知.从这一现象可以发现，国外民众对于探索性科学研究关注程度远高于国内，而这一研究结果势必将引导更多社会捐助进入基础理论研究领域，加速现代物理学地发展，而国内目前依赖地政府引导加企业投入地方式则显出利益导向地缺陷，这一基础领域大幅落后于国外，且民众漠不关心.就世界科学发展而言，这一实验结果势必将推动更多地实验及理论研究，进一步完善，对于深陷经济危机地科学界可以说是一针强心剂，强而有力地证明了现代科学认识地局限性，为下一步地科学研究探明了方向.联系现代物理学地发展，特别是经典物理学地“三朵乌云”，超光速粒子地发现应当是对于现代物理学地一个补充，或将启发物理学地快速发展完善，我们不应因循守旧，惧怕变革地影响，但当务之急是培养社会对于科学地关注与投入，这超光速粒子不仅是现代物理学地警钟，同样是中国社会地警钟.。
神秘的中微子作者：牟剑华来源：《科学24小时》2013年第01期“现代物理学所有理论的基石”——爱因斯坦于1905年提出的狭义相对论，正在受到一个“小小的中性粒子”的冲击。
这个小家伙就是今天这篇文章的主角——神秘的中微子。
狭义相对论认为，没有任何物质的速度能超过光速。
然而假设中微子超光速现象客观存在，那么其意义会非常重大，整个物理学理论体系将因之重建，人类对宇宙如何运转的理解也将改变。
中微子没有电荷，呈电中性，有极强的穿透力，质量非常小，与其他物质只存在弱相互作用，至今我们还不能完全掌握和认识它的特性。
中微子是在闲谈中提出的1930年，奥地利著名物理学家沃尔夫冈·泡利在研究原子核放射β粒子的时候发现原子核蜕变前的能量比蜕变之后要大，这个现象与神圣的能量守恒定律相悖。
泡利随即提出了相关假说，他认为有一种无法探测到的新的中性粒子带走了那一部分消失的能量。
正是这种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去才导致实验中能量守恒定律的失效。
1931年，意大利著名物理学家恩里克·费米在参加罗马会议期间和泡利就这种无法探测的中性粒子进行了讨论。
“中微子”这个术语是费米在一次闲谈中提出的，最初只是为了与尚未在实验中探测到的“中子”加以区别。
1932年，当真正的中子被发现后，费米将泡利预测的无法探寻到的中性粒子正式命名为“中微子”。
1933年，费米在意大利完成了一篇关于β衰变的基础性论文。
费米的这篇论文将泡利的假说从定性转变为一个定量的、有超凡预见价值的完备理论，并在理论上肯定了中微子的存在。
中微子的发现充满“戏剧性”中微子由于具有奇异的特性，致使它在物理学上的探索和发展甚是缓慢。
在探索中微子的道路上，一位中国物理学家的身影如灯塔一般指引着大家的研究方向，他就是被誉为“中国核武器之父”、“中国原子弹之父”的王淦昌院士。
他对中微子早期的研究工作有很大的启示和推动作用。
1930年，就在泡利刚刚提出关于中微子是否存在的假说的时候，王淦昌也正在关注这个问题。
