Page 212 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

E E
   e  . 1 3660254038 （10.99）
 E  E e

χ可称为线性-非线性物质比。而中微子的表观能量可以为零或其它任何值，所以中微子的表
观能量和非线性能量之比可以为任意数值。中微子难以与普通物质粒子发生相互作用，可能
与非线性作用力的饱和性有关。通常情况下，普通物质粒子内部的非线性作用力处于饱和状
态（即χ为常量），因此不能与中微子发生作用，仅当物质粒子内部的非线性作用力处于过
饱和状态（线性-非线性物质比大于常数χ）时，才可能与中微子发生相互作用，但这样的情
况极少，所以中微子具有“隐身性”。

虽然中微子很少与物质粒子发生相互作用，但中微子可能较容易与真空发生相互作用，
因为真空是电磁波样物质构成的物质之海（关于真空的物质构成及真空结构将在第十一章讨
论）。中微子与真空相互作用可产生（10.96）式的逆过程，即
      真空  e   e  （10.100）

上式表明，γ中微子和反γ中微子在真空中相遇可以创生出正负电子对，中微子对提供了电子
对的非线性物质，真空则提供了电子对的表观物质。事实上，真空中存在着大量的中微子和
反中微子，而且正、反中微子相遇的情况随时都可能发生，因此不断有粒子创生和湮灭，这
也是量子场论的结论之一。在量子场论中，“真空”不是“空”的，而是存在着真空量子涨
落，每时每刻都有正反虚粒子对的产生和湮灭。（10.100）式可以描写真空量子涨落的正负

粒子对的创生，通过中微子与真空的相互作用，各种物质粒子可以从真空中产生出来，这可
能是中微子的物理意义之所在。
六、暗物质和非线性物质
由非线性物质的隐匿性会很自然地联想到暗物质，两者都是不可观察的物质，因此有必
要搞清楚两者的关系。暗物质是困扰了科学家们近百年的世纪难题。最早提出暗物质可能存
在的是天文学家卡普坦（Jacobus Kapteyn），他于 1922 年通过星体系统的运动间接推断出
星体周围可能存在着不可见物质 。 1933 年，天体物理学家弗里兹.扎维奇（Fritz Zwicky）

利用光谱红移测量了后发座星系团中各个星系相对于星系团的运动速度，他发现星系的速度
弥散度太高，仅靠星系团中可见物质的质量产生的引力是无法将其束缚在星系团内的，因此
星系团中应该存在大量的暗物质，其质量为可见星系的至少百倍以上。不过这一结论在当时
未能引起学术界的重视。后来陆续又有许多天文观察结果支持暗物质的存在，直到 1960~70
年代，暗物质的概念才逐渐被天文学家和物理学家们所接受。
1970 年鲁宾（Vera Rubin）和福特（Kent Ford）利用高精度的光谱测量技术对仙女座大
星云中星体旋转速度进行研究，他们可以探测到远离星系核心区域的外围物质绕星系旋转速
度和距离的关系。按照星云说，旋涡星系中的恒星是靠绕中心转动所产生的离心力和向心的
万有引力达到平衡来维持轨道稳定的，那么，在距中心 r 处，恒星的转速υ(r)应当满足

   r 2  Gm   r （10.101）
r

式中 G 是引力常数，m(r)是半径 r 的球内包含的质量。从υ(r)作为 r 函数的观测结果，可以
得出星系内的质量分布 m(r)。从光学观测看，星系内发光恒星的分布有明显的边缘，边缘之
外恒星很少，但仍存在稀薄气体，组成星系的“暗晕”，从暗晕中氢原子 21cm（射电）谱
线的多普勒频移可以推出该处物质的υ(r)。如果星系的质量主要集中在星系核心区的可见星
体上，超过恒星分布边缘区后，υ(r)就应当与 r 成反比下降。然而实测结果表明，υ(r)几乎不

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