所谓第五种力，就是第五种基本作用力的简称。直至目前为止，第五种力的客观性并没有得到验证和承认，还只是人们的一种猜想和臆断。在科学理论体系中，目前在自然界中发现存在着四种基本作用力，即电磁力、万有引力、强力和弱力。
四种力之外的另一种力
早在17世纪，意大利物理学家伽利略就曾在比萨斜塔上做过一次实验，意义十分深远：两个重量不等的铁球从同一高度自由下落后同时着地。由此他得出结论：任何一种物体，如果在真空中自由下落，不论是一个铁球还是一根羽毛，其加速度必然是一样的，因而也肯定同时落地。这一观点对物理学家牛顿总结出关于力的运动的三大定律起了直接的推动作用；爱因斯坦的相对论也在这一基础上提出来了。
然而，如今多年来这个颠扑不破的真理，却遭到了严重挑战。一个以美国物理学家费希巴赫为首的科研小组经实验发现，在真空中不同质量的物体实际上并不具相同的加速度。费希巴赫推测，物体在下落时除了受引力的作用外，很有可能还受到另一种尚不为人所知的作用。
迄今为止，在宇宙中公认存在着4种力，第一种是引力，它是4种力中最弱的一种，是一个物体或一个粒子对于另一个物体或一个粒子的吸引；第二种力叫做电磁力，由于它的作用，形成了不同的原子结构和光的运动；第三种是强相互作用力，它把原子核内各个粒子紧紧地吸引在一起；第四种是弱相互作用力，它使物体产生某种辐射。
然而按费希巴赫的看法，现在新发现的这种力应该是宇宙中的第五种力，而且是一种排斥力，只具有几英尺到几千英尺的有限距离。从实验可推断，这可能是以一种“超电荷”形式出现的，“超电荷”可以抵消一部分引力，减缓下落物体的加速度。质子和中子的比例决定了减速的值，而且这个值和质子、中子总数加上结合能值即原子的总质量成反比。由于随原子的不同，结合能会有不同的大小，所以它所产生的这第五种力也就随结合能大小而异。由此可以得出：两个体积不同的物体，比如一个体积较小的铁块和一个体积较大的木块，即使它们的重量完全相同，也将因为它们结合能的不同而以稍微不同的速度下落。由于铁原子的结合能要比木原子的结合能大，所以铁块下落的速度要比木块的稍慢。
对第五种力的争论
费希巴赫小组的新发现，在科学界引起了巨大的轰动，对于是否存在第五种力，科学家们也展开了激烈的争论。
在进行各种有关引力的实验时，许多科学家也同样遇到了无法单纯以引力解释的现象，因此，这些科学家提出支持费希巴赫的证据。
但是，也有不少科学家坚持认为在自己的实验中并没有找到存在新力的证据。美国加利福尼亚大学着名物理学家纽曼就做过这样一个实验：在扭秤上悬挂一块铜块，把扭秤放在一个钢的圆筒内，铜块刚好处于圆筒中心靠边的位置，将它变换不同的位置。整个实验是在真空环境中并且严格排除磁场的影响下进行的。结果显示，钢圆筒的引力并没有使变动位置的铜块所受的重力产生任何影响。
面对科学家们的争论，费希巴赫也承认，还需要进行一系列的实验来证明第五种力是否确实存在。而众多科学家也都摩拳擦掌地为寻找这种神秘的力准备进一步的实验。比如说美国科罗拉多州的实验物理联合研究所就有重做伽利略的落体实验的计划，他们采用了激光来监测物体下落的速度。他们准备把下落物体放在上个盒子的真空轴内，以免在实验时受气流干扰；盒子下面再装一面反射镜，可将光线沿射来的方向反射回去。为了确保在下落时盒子及所装的各种物体保持相对稳定，盒子中还另有装置。一束激光在物体下落时可以被分割为二半，一半射向盒子，被反射回来，与另一半会合，产生出各种投影，这样就能够更加准确地描绘出在速度增加时一个下落物体所受到的各种干扰情况。他们的下一步打算是在在水面上进行实验，让要进行比较的试验物体浮游在水面，而不是悬在扭秤上。还要严格使水温保持在其密度量大时的3℃，以防止水中热的流动。
然而对于上述试图证明宇宙中存在新力的实验设想，许多科学家并不感到乐观。美国普林顿大学的一位科学家指出，证明伽利略论断的实验“在原则上是最简单的，但在实践中却是最复杂的。”因为在实验中人们很难照顾到全部复杂的因素，以及排除各种外部的干扰。做实验时，实验者本人引力的影响，近处底层发生一次难以察觉的运动，都可能使精心准备的各种方案功亏一篑。
此外，对于第五种力，科学家在可能带来的影响的估计上也没有形成共识。多数人认为，这可以动摇爱因斯坦相对论的理论基础，将是物理学上的一次“革命”，而且可能影响今后的物理学发展方向及新兴的航天学。但也有人认为，充其量这种力只是一种极其微弱、只在局部范围起作用的现象，并不一定动摇相对论。而结果还要等到这第五种力真的发现了才好判断。
相关链接——反引力之谜
强度随距离平方而减少的场有两种，一种是电磁场，一种是引力场。这种减少比较缓慢，所以就算很远的地方，也能发现这两种场的存在。地球被太阳的引力场紧紧地抓住不放，虽然它离开太阳有1.5亿千米远。
但是，在这两种场当中，引力场又比电磁场弱很多。一个电子所产生的电磁场要比它所产生的引力场大约强4亿亿亿亿倍。似乎表面上看引力场更强大，比如我们从高处跌落下来时会摔得很疼，这种巨大的引力只是因为地球太大了。由于地球的每个小块都对引力场有贡献，一点点加起来，总的引力场就显得可观了。
如果我们拿出1亿个电子，并让它们散布在地球那么大的空间里。这些电子就会产生和整个巨大的地球所建立的引力场一样强大的电磁场。
那么我们对电磁场的感觉为什么不像对引力场那样明显呢？这源于二者之间的区别，电荷有两种——正电荷和负电荷，因此，电磁场在产生吸引作用的同时，也可产生排斥作用。事实上，在像地球那么大的体积内，如果除了1亿个电子之外别无他物的话，这些电子就会互相排斥，远远地散开。电磁吸引力和排斥力的作用，能够让正电荷与负电荷均匀地混合起来，这样两种电荷的效应就趋于互相抵消，不过可能存在电荷数目的极其微小的差别。我们所研究的，也正是这种多一点或少一点某种电行时的电磁场。然而，引力场看来仅仅产生吸引力，每一种具有质量的物体都会吸引其他具有质量的物体，而当质量增加时，引力场就会增大，而且不会抵消。
如果某个具有质量的物体能排斥另一个具有质量的物体，而且正好与一般情况下彼此互相吸引时的强度和排斥方式一样，那么我们就得到了“反引力”，或叫“负引力”。
可能由于我们所能研究的一切物体都是由普通的物质微粒构成的缘故，人们还从未发现这种引力排斥作用。
世界上存在着一种各方面都与普通的粒子相同的“反粒子”，它们所产生的电磁场恰好同普通粒子相反。例如，如果某一种粒子具有负电荷，相应的反粒子就会有正电荷。也许，反粒子也会具有相反的引力场。两个反粒子会像两个普通粒子一样以引力互相吸引，但是一个反粒子却会排斥一个普通粒子。
让人抓狂的是，引力场太微弱了，要想发现引力场，需要相当大的质量，而单个粒子或反粒子的引力场是无法发现的。我们能得到普通粒子构成的大质量，但到现在仍未能搜罗到足够的反粒子。而且到现在也没有谁能够提出一种能够发现反引力效应的切实可行的办法来。
真空的秘密
科学家葛利克在1654年曾做过一个名垂科学史的实验：将用铜精制的两个大半球对接密封起来，然后用他自己发明的抽气机抽出球内空气，派16匹马背向对拉两个半球，马最终竭尽全力才拉开。这表明，我们周围充满空气，并非什么都没有，它对物体施加了压力（球内空气密度因抽气远于小地球外的，导致球外压力远大于球内的）。球内经抽气后的空间，就叫做真空。
对真空的认识
人类对真空的认识曾经历过几次根本的变革和反复。古希腊德谟克利特提出过原子论：所有的物质都是由原子组成的，原子之外就是虚空。
17世纪，又有了R.笛卡儿的以太漩涡说，他认为空间充满了以太，并用以说明行星的运动。
不久以后，牛顿又通过建立牛顿力学（以运动三定律和万有引力定律为基石）成功地解决了行星绕日运动的问题，认为引力也是超距作用的，无需以太作为传递媒介，这就从根本上证明了以太论的错误。
19世纪又发现了光的波动性，从而得出波的传播必须依靠介质的结论；后来以太论在发现电磁场的波动性后再度兴起，认为不论何时何地宇宙中任何物体内都充满以太，光和电磁波被解释为以太的机械振动。后来在观念上虽然有所变化——把光和电磁波看成电磁场的振动，但以太仍然保留着某种绝对的性质，它被看作是描述万物运动的绝对静止的参考系。
19世纪末20世纪初期，各种试图探测地球相对于以太运动速度的实验都失败了，到爱因斯坦建立狭义相对论，这种作为绝对静止以太的存在才被再次否定了。后来由于爱因斯坦在用场论观点研究引力现象时，已经认识到空无一物的真空观念是有问题的，他曾提出真空是引力场的某种特殊状态的想法。
P.A.M.狄拉克首先了给予真空崭新物理内容。他于1930年提出了真空是充满负能态的电子海。电子海中只有当负能态的电子吸收了足够的能量跃迁到正能态成为普通电子时，才会留下可观测的空穴，即正电子。从体系的能量角度来说，这种情况比只有电子海的真空状态要高，因此真空就是能量最低的状态。从现代量子场论的观点看，每种粒子对应于一种量子场，粒子就是对应的场量子化的场量子。空间存在某种粒子就表明那种量子场处于激发态；反之就意味着场处于基态。因此，真空是没有任何场量子被激发的状态，或者说真空是量子场系统的基态。
近代科学家开始通过实验来检验关于真空的认识。例如氢原子能级的兰姆移位和电子的反常磁矩，实验上已经用非常高的精度证实了真空极化的效应；高能正负电子对撞湮没为高能光子，反之高能光子可使真空激发出大量的粒子，也能很好地证明这一点。
不过，目前物理学家还在探索真空自发破缺和真空相变等问题，对于真空的认识还处于初级探索阶段。
真空的特性
也许有人认为，真空就是完全空的。其实真空既不是意味着空，也不意味着就是“无”。科学家直至今天依然不能完全排除空气，即使是某一小范围内的。电视机显像管需要高真空才能保证图像清晰，其内真空度达到几十亿分之一个大气压，即其内1立方厘米大小的空间仍有好几百亿个空气分子。为防止加速的基本粒子与管道中的空气分子碰撞而损失能量，在高能加速器上，需要管道保持几亿亿分之一个大气压的超高真空，但即使是这样的空间，l立方厘米内仍有近千个空气分子。太空实验室是高度真空的，每立方厘米的空间也有几个空气分子。
上述以抽出空气方式得到的真空，称为技术真空，但它也不空。科学家称完全没有任何实物粒子存在的真空，即技术真空的极限，为“物理真空”。它非但不空，而且极为复杂。按照狄拉克的观点，它是一个填满了负能电子的海洋。
新知博览——反粒子现象
粒子是在原子核以下层次物质的单独形态以及轻子和光子的统称。在历史上，有些粒子曾被称为基本粒子。
所有的粒子都有与其质量、寿命、自旋、同位旋相同，但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数异号的粒子存在，这种粒子就被称为该种粒子的反粒子。除了某些中性玻色子外，粒子与反粒子是两种不同的粒子。一切粒子都有其相应的反粒子，如质子p的反粒子是反质子，电子e-的反粒子是正电子e+，中子n的反粒子是反中子。而一些中性玻色子如光子、π0介子等，其反粒子就是它们本身。
P.A.M.狄拉克于1928年在预言正电子时最早提出反粒子，1932年又被C.D.安德森实验发现而证实；美国物理学家张伯伦于1956年，在劳伦斯-伯克利国家实验室又发现了反质子。进一步研究发现，狄拉克的空穴理论不能解释所有粒子和反粒子，因为它对玻色子不适用。根据量子场论，粒子被看作是场的激发态，而反粒子就是这种激发态对应的复共轭激发态。
正反粒子是从场论的观点来认识的，场的激发态表现为粒子；与之对应，场的复共轭激发态表现为反粒子。当γ光子的能量大于某种粒子静能的两倍时，在一定条件下就可产生正反粒子对；反之，正反粒子相遇便会湮没并产生两个光子或三个光子，遵从质量－能量守恒和动量守恒。
迄今为止，几乎所有相对于强作用来说是比较稳定的粒子的反粒子都已被发现。如果反粒子按照通常粒子那样结合起来，就形成了反原子；而由反原子构成的物质，就是反物质了。
光的神奇本质
人们对光的关注从人开始思考这个世界就开始了，因为我们就生活在光无处不在的世界中。在自然科学从宗教中分离开之前，人类对于光的本质的理解几乎没有进步，只是停留在对光的传播、运用等形式上的理解层面。牛顿构建了经典物理学的大厦后，人类的科学思想得到突破，开始讨论类似你“光是什么”的问题，并且在一定程度上取得了理论上的成果。
牛顿的光实验
1666年，当牛顿用数学公式表达出他的三个运动定律和万有引力定律时，他同时也在用光做实验。雨后彩虹具有炫目的色彩，光通过豪华装饰灯的棱柱会产生各种颜色，这些都是人们所熟悉的现象。当时人们认为光是白色的，是天空中的什么东西及玻璃中的物质给光添加了颜色。牛顿在晚些时候写道：“在1666年，我做了一个玻璃三棱镜，以演示这种光的现象。”
牛顿做的实验非常简单，但这之前没有人想到去做这件事。牛顿将工作室的窗户遮住，只留一个小洞让很窄的一束光射进来，射进来的光是白色的。他再把他做好的三棱镜放在光前。于是，在对面的墙上就出现了包含全部颜色的光谱。
然后，牛顿又采取了关键的一步。他拿来了两块木板，每块木板上都有一个很小的洞。他将一块木板放在三棱镜和玻璃之间，使射到三棱镜上的光束更窄。另一块木板放在三棱镜和墙之间，只让一种颜色的光通过木板上的小洞射到墙上。然后，他把第二块三棱镜放在第二块木板的小洞前，发现只有单种颜色的光射到墙上。第二块三棱镜并不改变光的颜色。他对光谱中的每种颜色逐一进行了检验，发现每次通过第二块三棱镜的光都不改变颜色。这样，颜色就不在三棱镜之中，而在光自身之中，否则第二块三棱镜应产生所有的颜色，而不应仅仅是一种颜色。光不是白色的，它实际上包含了彩虹中的所有颜色，当光经过三棱镜或被反射之后，各种颜色的光就显现出来。最后人们明白了，天空中的小雨滴在某种情况下起到了三棱镜的作用，使光发生折射，从而产生炫目的彩虹。
后来，牛顿又做了另外一个实验，用第二块三棱镜将各种颜色的光合成白色光。这个实验记录在他1704年出版的《光学》书中。在明白了自然光的组成之后，牛顿开始解决影响显微镜和望远镜的一个问题。不管用显微镜还是望远镜进行观测时，在边缘都会出现彩色条纹，使被观测的像模糊不清。当放大率增大时，这个问题越发严重。在1668年，牛顿用凹面镜设计了一个望远镜，因为这样的镜面反射光，而不像透镜那样使光分解或折射光，因而消除了彩色条纹。由于这个原因以及镜子比透镜更便宜、更宜安装，所以今天的许多大型反射望远镜都缘于牛顿最初的设计。
科学家对光速的研究
牛顿也曾提出，光由他称为“微粒”的东西组成，比如血液中的细胞，四处喷射。这个观念被广泛接受，尽管在之后的200多年中这种粒子的性质并没有得到进一步的说明。与此同时，丹麦天文学家罗默于1676年发现了另一件事。
自古以来，人们一直认为光速是无穷大的，但罗默在巴黎天文台观测木星的第一个卫星的星食时发现，这个卫星并不在预定的时间运行到木星的后面。并且，木星离地球越远，观测到的星食时间会越迟；木星离地球越近，观测到的时间会越早。这意味着光速是有限的。
光是白的，尽管它包含多种颜色的光。光以有限的速度传播，尽管这个速度很快，接近声速的一百万倍。光似乎由粒子组成。这些是人们在18世纪初就得到了的共识，之后的200年间并没有多大的发展。
爱因斯坦在他1905年关于狭义相对论的文章中，处理了光的另一个方面——光速。狭义相对论认为，不管一个观测者以很高的速度接近光源还是远离光源，对观测者而言，光速都相同。这种情况下会发生一些奇怪的事情。在观测者的参考系中，长度将缩减，时间将延长，质量将增加。在通常的速度下，这些效应并不发生，牛顿定律仍然适用。但当速度接近光速时，就要考虑时间延长这样的效应了。当太空船以光速或更高的速度飞行时，那么太空船上的时间将停止，太空船的长度将缩到零，它的质量将变成无穷大。所以，任何东西实际上都不能达到或超过光速。
爱因斯坦发展的关于光的新观念同样让物理学家头疼不已。光像引力一样，曾被认为在以太中传播。1889年，迈克耳孙和莫雷所做的关于光速的实验结果说明并不存在以太，这就意味着光和引力以另外的方式传播。这是一个结果与初衷完全相反的实验。迈克耳孙，一个4年前刚从美国海军学院毕业的有才气的年轻人，和莫雷，一个非常杰出的化学家，只是想证明存在以太。迈克耳孙设计了一个光学干涉仪，同时发射两束光，一束穿过所谓的“以太”，另一束则方向与此垂直。由于波是有方向的，所以以太也应有一个方向。这样，与以太方向相同的光束，和与以太方向垂直的光束的运行时间会有一个差别。这就像与海浪方向一致的船，比与海浪方向垂直的船运行得更快一样。而实验结果却是毫无差别。
以太的不存在为普朗克、爱因斯坦和量子理论铺平了道路。波动理论正遭受着挫折，也许所有的东西都是粒子的。然而，并非所有的物理学家都情愿放弃波。因为光具有反射和折射现象，声波、水波有反射和折射现象，因而光是一种波。这样的论断让人难以反驳。
另一方面，随着20世纪检验量子理论技术条件的成熟，一个又一个多年前就被预言存在的粒子在实验中被发现。量子理论成为一个非常成功的理论，这些也让人难以反驳。于是人们越来越接受两种情况同时存在的观念，这反映在光子的定义中。比如1998年的科学百科是这样定义的：“在物理学中，光及其他的电磁辐射发出的基本粒子或能量量子，既具有粒子性质，又具有波的性质。”
光究竟是波还是粒子？
那么，光什么时候是波什么时候是粒子呢？一般而言，当光通过真空时可被认为是波，当它遇到其他物体表面时可被认为是粒子。天文学家利用光波的性质决定红移，从而判定一个恒星或星系离地球有多远。涉及到激光时则需要运用光的量子定义，许多物理学家对这种处理方法都深深地不满。这种处理流行的原因是因为它具有较大的宽容度。一个科学家可以说光更像波，与此同时，另一个科学家可以说光更像粒子。这依赖于科学家所从事研究的性质，他们都可以是对的。这让物理学家多少有些不自在，有时他们希望这个问题能立即得到解决，这对于在学校中学习物理的年轻人会很有帮助。否则，可能你在高中学到了光是波，而在大学里又发现光是粒子。
在20世纪，人们做了关于光的各种各样的实验，有些是非常着名的科学家做的，结果表明光既是波，又是粒子。实验的结构可以改变结果，而各种实验本身都是正确的。这反映了基本的量子悖论。
光是波呢，还是粒子牛顿没有解决，爱因斯坦没有解决，我们能够解决吗？
相关链接——超光粒子
光的传播速度为每秒30万千米。如果要说得精确，光速每秒为299792.458千米，这是光在真空中的传播速度，这个速度相当于每秒绕地球7圈半。
无论是在地球上静止测量，还是在宇宙飞船中运动测量，光速测定的数值都是不变的。也就是说，光速不受光源的影响，也不受观察者运动速度的影响，它是个绝对值。爱因斯坦的相对论也告诉我们，光速是最大的速度，任何物质运动的速度都不能超过光速。事实也证明，在地球上，在我们日常生活中，的确找不到有比光速更快的运动物体。问题是，在地球上没有，不等于说在茫茫宇宙中也不存在。在基本粒子世界里，会不会有超光速现象呢
物理知识告诉人们，高能粒子运动的速度是极快的，在高能加速器中，运动速度可以达到每秒20万千米，甚至25万千米，那么其中会不会出现超光速的粒子呢
前苏联科学家切伦科夫发现，光在水中的传播速度要比在真空中慢，而高能粒子在水中的速度却超过光速。这一现象后来也被其他科学家所证实。这一现象使人们认为，在自然界中存在超光速的粒子——“快子”。
天文学家在20世纪又有了重大发现，即类星体的发现。对类星体进行观察，发现存在超光速现象。开始发现一个叫3C120的类星体，它在膨胀，而且膨胀的速度是光速的4倍。在遥远的宇宙深处，竞有这种奇怪的现象。后来还发现有的类星体包括两个射电的子源，两个子源以极高的速度分离。类星体3C345的分离速度是光速的7倍。经过观测，科学家最终确定了这一事实。另一种类星体的两个子源的分离速度竟是光速的10倍。面对这个事实，物理学家和天文学家都提出了不同的解释。有人认为爱因斯坦的相对论绝对正确，认为类星体观测到的超光速现象只是一种假象，称作视超光速膨胀。也就是说，看起来超光速，实际上不超光速。而另一些科学家则认为，只要类星体处在很遥远的宇宙深处，那么类星体的分离速度的确是超光速的。
不论哪种解释，都有不完善之处，因此，超光速现象还是一种猜测，超光粒子还在寻找之中。
中微子的质量探索
奥地利物理学家鲍利认为，放射性物质在放射线中不仅有电子，同时还有一种我们尚未认识的粒子。就是这个神秘粒子带走了那些丢失的能量。物理学家费米对鲍利的观点十分称赞，他还给这个未露面的粒子取名为“中微子”，即中性的微小粒子。
谁捕捉到了中微子？
在研究放射物质时，科学家们注意到一个现象，原子核放出一个电子（或正电子）的时候，会带走一些能量。经物理学家仔细计算，损失的能量比电子带走的能量大，有部分能量丢失了。但不知道怎么会丢失的。
这一现象，与物理学中的能量守恒定律相违背。难道能量守恒定律靠不住了
奥地利物理学家鲍利经过研究之后，解释说，放射性物质在放射线中，不仅有电子，同时还有一种我们尚未认识的粒子。就是这个神秘粒子带走了那些丢失的能量。物理学家费米对鲍利的观点十分称赞，他还给这个未露面的粒子取名为“中微子”，即中性的微小粒子。但许多物理学家不相信中微子的存在。为了证明中微子的存在，必须捕捉到中微子。
于是，主张中微子存在的科学家设计了一套严密的捕捉方法。因为中微子是中性的，不带电，不参与电磁作用，它又速度极快，接近光速、穿透力极强，来无踪去无影，这就大大增加了捕捉中微子的困难。从鲍利提出中微子的存在到真正捕捉到，这中间经过25年时间，可想而知其中的艰难程度。
首先提出《探索中微子的建议》的科学家是中国人。他就是王淦昌院士。他在1942年设想了一个探测中微子的方法。他的这一建议后来为一位美国科学家所接受。通过实验证实了丢失的能量的确是被中微子带走了。经过十多年的不懈努力，1956年美国物理学家柯文和莱因斯向世界宣布他们捕捉到了中微子。
这两位科学家做了一个很大的探测器，把它埋在一个核反应堆的地下，而且埋得相当深。经过一个相当时间，他们终于测到了从核反应堆中放出来的中微子。这是物理学家首次通过实验证实了中微子的存在，是很了不起的重大发现。不久，物理学家又捕捉到从宇宙空间射来的中微子。
中微子有质量吗？
中微子是发现了，但是仍然留下许多难以解释的谜。例如，让科学家们感到奇怪的是中微子数量不够，总是比预期的数量要少，而且这个“漏网”的数量还很大。为什么物理学家不能全部捕捉到中微子呢？另一个不可思议的问题，是中微子的质量问题。质量，是粒子的重要性质。在所发现的粒子中，物理学家都可以测出它们的质量，也不存在什么困难。惟有中微子的质量怎么也定不下来。
美籍华裔科学家，诺贝尔物理学奖获得者杨振宁和李政道经过理论分析，认为中微子的质量是零，即没有质量，所以，在真空中才以光速运动。但是，其他一些物理学家持怀疑态度。他们不相信中微子的质量是零，认为下的结论尚早，需科学实验加以验证。
到底中微子有没有质量呢？前苏联和美国的物理学家进行了卓有成效的测定，他们测出了中微子的质量。但没有多久，别的科学家重复他们的实验时，测出来的质量数据又不一样，很像是零。因此，这一结论又陷入困境之中。
而最近的物理研究又表明，中微子具有微小的质量。1998年，日本的超级神岗实验以确凿的证据发现中微子存在振荡现象，即一种中微子在飞行中可以变成另一种中微子，使几十年来令人困惑不解的太阳中微子失踪之谜和大气中微子反常现象得到了合理的解释。中微子发生振荡的前提条件就是质量不为零和中微子之间存在混合。2001年，加拿大的SNO实验通过巧妙的设计，证实丢失的太阳中微子变成了其他种类的中微子，而三种中微子的总数并没有减少。
相关链接——中微子震荡
研究发现，宇宙中的中微子共有3种，是组成物质世界的12种最基本粒子中性质最为特殊、被了解得最少的。中微子不带电荷，几乎不与物质发生相互作用。长期以来，人们都认为中微子是没有质量的，而且跟DNA只有右旋一样，只存在左旋中微子，从而导致微观世界的左右不对称。而现在是发现已经证实，中微子是具有微小的质量。
1998年，日本的超级神岗实验以确凿的证据发现中微子存在振荡现象，即，一种中微子在飞行中可变成另一种中微子，使几十年来令人困惑不解的太阳中微子失踪之谜和大气中微子反常现象得到了合理的解释。中微子发生振荡的前提条件就是质量不为零和中微子之间存在混合。2001年，加拿大的SNO实验通过巧妙的设计，证实丢失的太阳中微子变成了其他种类的中微子，而3种中微子的总数并没有减少。同样的结果在KamLAND（反应堆）、K2K（加速器）这类人造中微子源的实验中也被证实。
中微子振荡的原因，主要是因为3种中微子的质量本征态与弱作用本征态之间存在混合。中微子的产生和探测都是通过弱相互作用，而传播则由质量本征态决定的。但由于存在混合，产生时的弱作用本征态不是质量本征态，而是3种质量本征态的叠加。这3种质量本征态按不同的物质波频率传播，因此在不同的距离上观察中微子，会呈现出不同的弱作用本征态成分。当用弱作用去探测中微子时，就会看到不同的中微子。
原子弹的巨大威力
原子弹，是指利用铀-235或钚-239等重原子核裂变反应，瞬时释放出巨大能量的核武器。又称裂变弹。
通常来说，原子弹杀伤破坏力巨大，能产生几百至几万吨级TNT的量的威力。它可由不同的运载工具携载而成为核导弹、核航空炸弹、核地雷或核炮弹等；或用作氢弹中的初级（或称扳机），为点燃轻核引起热核聚变反应提供必需的能量。
原子弹的组成及爆炸
原子弹主要由引爆控制系统、高能炸药、反射层、由核装料组成的核部件、中子源和弹壳等部件组成。其中，引爆控制系统主要是用来起爆高能炸药（推动、压缩反射层和核部件的能源）；反射层由铍或铀-238（不仅能反射中子，而且密度大，可以减缓核装料在释放能量过程中的膨胀，使链式反应维持较长的时间，从而能提高原子弹的爆炸威力构成；核装料主要是铀-235或钚-239。
要想触发链式反应，还需要有中子源提供“点火”的中子。一般说来，氘氚反应中子源、钋-210-铍源、钚-238原子弹爆炸铍源和锎-252自发裂变源等，都可以作为核爆炸装置的中子源。原子弹爆炸可以产生高温、高压以及各种核反应产生的中子、γ射线和裂变碎片等，这些最终可以形成冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和电磁脉冲等破坏杀伤性因素。
自从1945年原子弹问世，原子弹的技术便不断发展，其体积、重量都有显着减小，战术技术性能日渐提高。对于提高核武器的战术技术性能和用作氢弹的起爆装置来说，原子弹的小型化具重要意义。另外，多种低当量和威力可调的核武器得到了发展，这是为了适应战场使用的需要。加强型原子弹也得到了发展，即在原子弹中添加氘或氚等热核装料，利用核裂变释放的能量点燃氘或氚，发生热核反应，这样显着改进了原子弹的性能；此外，反应中所放出的高能中子使更多的核装料发生裂变，也使得原子弹威力增大。这种原子弹不同于氢弹，它的热核装料释放能量在总当量中只占一小部分。
同时，高能炸药的起爆方式和核爆炸装置结构也得到了不断的改进，这样做的目的是为了提高炸药的利用率，以及核装料的压缩度，达到增大威力，节省核装料的作用。此外，提高原子弹的突防和生存能力以及安全性能，也被日益重视。
原子弹的装药
截至现在，可以大量获得、并可用作原子弹装药的还仅仅限于铀235、钚239和铀233这三种裂变物质。
原子弹的主要装药是铀235。但要获得高加浓度的铀235并非易事，这是因为天然铀235的含量很小，大约140个铀原子中，才只含有1个铀235原子，而其余的都是铀238原子；加之铀235和铀238是同一种元素的同位素，化学性质几乎相同，质量差异也微乎其微。所以，用普通化学方法根本无法达到将它们分离的目的，即使采用分离轻元素同位素的方法也难以奏效。
为了获得高加浓度的铀235，早期的科学家试验了多种方法来攻克难关，最后发现“气体扩散法”可以成功。这种方法的原理是：铀235原子约比铀238的原子轻约1.3％，所以当这两种原子处于气体状态时，铀235原子会比铀238原子运动得稍快，于是这两种原子就可稍稍得到分离。气体扩散法的依据，便是铀235原子和铀238原子之间微小的质量差异。
运用这种方法，首先得将铀转变为气体化合物。截至目前，六氮化铀是唯一适合的气体化合物。该化合物在常温常压下是固体，不过它很容易挥发，在56.4℃即升华，变成气体。铀235的六氟化铀分子与铀238的六氟化铀分子的质量差异不到1％，但实验证明，这个差异已经足以使它们分离了。
六氟化铀气体在加压的环境下，会被迫通过一个多孔隔膜。其中含有铀235的分子通过多孔隔膜速度稍快，所以每当通过一个多孔隔膜，铀235的含量就会稍有增加，但增加的程度非常的微小。因此，要想获得几乎纯的铀235，必须让六氟化铀气体数千次地通过多孔隔膜。
钚239是原子弹的另一种重要装药，它是通过反应堆生产的。在反应堆内，铀238吸收一个中子，不发生裂变的话就会变成铀239；而铀239会衰变成镎239；镎239会衰变为钚239。因钚与铀是不同的元素，所以虽然只有很少一部分铀转变成了钚，但相比铀同位素间的分离，钚与铀之间的分离要容易得多，因此提取纯钚时可以比较方便的化学方法。
原子弹还有一种装药是铀233。通过在反应堆内用中子轰击钍232，生成钍233，再相继经过两次β衰变，就可以制得铀233。
我们可以看到，后两种原子弹装药是通过反应堆得以生产，它们的生成以消耗铀235为代价。因此，我们完全可以把铀235称为“核火种”——若是没有铀235，就不会有反应堆，也没有原子弹，并且没有今天对原子能的大规模利用。
只要使核装药的体积或质量超过一定的临界值，原子弹爆炸就可以实现了。
氢弹及氢弹爆炸
氢弹，也称聚变弹、热核弹。它是利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘、氚等轻原子核而产生聚变反应，瞬时释放出巨大能量。
氢弹有着与原子弹相同的杀伤破坏因素，不过它的威力却比原子弹大得多。一般原子弹的威力为几百至几万吨级TNT当量，而氢弹的威力则大至几千万吨级TNT当量。
1942年，美国科学家研制原子弹的过程中，推断原子弹爆炸提供的能量可能足够点燃轻核，引起聚变反应，于是想以此来制造一种威力比原子弹大得多的超级弹。美国在1952年11月1日进行了世界上首次氢弹原理试验。从20世纪50年代初至60年代后期，相继有美国、苏联、英国、中国和法国等国家，研制成功氢弹，并且装备部队。
三相弹是目前装备得最多的一种氢弹，它的特点就是威力较大。在三相弹的总威力中，裂变当量的所占份额非常高。一枚威力为几百万吨TNT当量的三相弹，裂变份额一般在50％左右，放射性污染严重，因为这个原因三相弹也被称为脏弹。
在某些战争场合，确实需要使用具有特殊性能的武器。到了20世纪80年代初，人类就已经研制出一些能增强或减弱某种杀伤破坏因素的特殊氢弹，比如说中子弹、减少剩余放射性武器等。中子弹是一种小型氢弹，它以中子为主要杀伤因素；减少剩余放射性武器也称RRR弹，它属于以冲击波毁伤效应为主，放射性沉降少的氢弹。一枚威力万吨级TNT当量的RRR弹，它的剩余放射性沉降比相同当量的纯裂变弹可以减少一个数量级以上，因而它是一种较好的战术核武器。从对氢弹的研究的总趋势来看，特殊性能武器方面可能会吸引更多注意力。
相关链接——原子弹用于实战的一次
1945年秋，第二次世界大战中的日本败局已定。为尽快迫使日本投降，并以此抑制苏联，美国总统杜鲁门和美国政府决定在日本的广岛、长崎等4个城市中选择一个目标投掷原子弹。
1945年8月6日早晨8时整，3架B-29美机从高空进入广岛上空。这时的广岛市民很多并未进入防空洞，而是在仰望美机。B-29在此以前已连续数天飞临日本领空进行训练，但这一次的3架飞机中，有一架此时正奉命来轰炸广岛，已经装上了一颗5吨重的原子弹。
9点14分17秒，那架装载着原子弹的美机上的视准仪对准了广岛一座桥的正中，打开了自动装置。一分钟后，飞机打开舱门放出一颗原子弹。这时飞机作了一个155°的转弯后俯冲下来；飞机迅速下降了300多米。这是为了尽量远离爆炸地点。45秒种后，原子弹在离地600米空中爆炸，立即发出令人眼花目眩的强烈白色闪光，广岛市中心上空随即发生震耳欲聋的大爆炸。整个广岛城顷刻之间卷起巨大的蘑菇云，接着便竖起几百根火柱，广岛市迅速化为焦热的火海。
在原子弹爆炸的强烈光波中，成千上万人双目失明；一切都被10亿度的高温化为灰烬；放射雨更使一些人在以后20年中缓慢走向死亡；，所有的建筑物又被冲击波形成的狂风摧毁殆尽。处在爆心极点影响下的人和物，像原子分离一样分崩离析。即使离中心稍远些的地方，到处都可以看到在一霎那间被烧毁的男人、女人及儿童的残骸。在更远一些的地方，有些人虽侥幸还活着，但也都被严重烧伤，或者双目被烧成两个窟窿。在16千米以外的地方，人们仍能感到闷热的气流。
广岛当时人口约为34万，靠近爆炸中心的人大部分死亡，根据统计，当日死者有8.8万余人，负伤和失踪的有5.1万余人；全市7.6万幢建筑物全被毁坏的有4.8万幢，其中有2.2万幢被严重毁坏。
然而，日本并没有因为广岛的悲剧马上同意无条件投降。他们将希望寄托在苏联的调停上，竭力掩盖广岛事实真相。而8月8日，日本从苏联领导人那里得到的回答是：日本仍在继续进行战争，拒绝接受《波茨坦公告》，因此，日本政府请求苏联调停的建议已失去一切根据。苏联政府遵守对联合国的义务，接受联合国的要求，宣布从8月9日起对日宣战。美国就在苏联出兵这天的上午11时30分，又在日本长崎投下第二颗原子弹，长崎全城27万人当日死去6万余人，这是继广岛以来的又一次悲剧。
认识可燃冰
人类曾经以为地球是个取之不尽、用之不竭的宝藏，而事实上，地球的能源危机警报早就已经拉响了。据科学家预测，目前全球蕴藏的煤和油气等资源，仅够人类今后数十年之用。如果地球上的能源耗尽，人类将如何生存？是否有其他的能源代替原生能源？面对即将到来的能源危机，世界各国都纷纷踏上了寻找新能源的道路。正当人们苦苦思索之际，神奇的可燃冰被意外地发现了。
可燃冰是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”，学名为“天然气水合物”。甲烷在“冰块”里占80%～99.9%，可以被直接点燃，西方学者将其称为“21世纪能源”或“未来能源”，因为它燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气等都要小得多。
可燃冰的形成
作为一种天然气水合物，可燃冰实际是水和天然气（主要成分为甲烷）在中高压和低温条件下混合时产生的晶体物质，看起来非常像冰雪，点火即可燃烧，因此又被称为“可燃冰”，也被称为“气冰”、“固体瓦斯”。从外表上看可燃冰像冰霜，从微观上看其分子结构就像一个一个由若干水分子组成的“笼子”，每个笼子里“关”了一个气体分子。
那么，可燃冰是怎样形成的呢？可燃冰的形成有几个基本条件。
首先，温度不能太高，在0℃以上即可生成，最高限是20℃左右，再高就分解了，0℃～10℃为宜。
其次，要有足够的压力，但也不能太大，0℃时，30个大气压以上它就可能生成。
第三，地底要有气源。与陆地上只有西伯利亚的永久冻土层才具备形成以及使之保持稳定的固态的条件不同，海洋深层300～500米的沉积物中都可能具备这样的低温高压条件。因此，其分布的陆海比例为1：100。
科学家估计，海底可燃冰分布的范围相当于4000万平方千米，约占海洋总面积的10%，是迄今为止海底最具价值的矿产资源，足够人类使用1000年。
不过，有天然气的地方不代表就存在“可燃冰”，因为形成“可燃冰”不仅仅需要压力，主要还在于低温，所以一般在冰土带的地方较多。长期以来，有人认为我国的海域纬度较低，不可能存在“可燃冰”；而实际上我国东海、南海都具备生成条件。
可燃冰的巨大潜力
可燃冰被赋以能源危机救星的重任，它真有这样巨大的潜力吗？
可燃冰从能源角度来看，可视为被高度压缩的天然气资源，每立方米能分解释放出160～180标准立方米的天然气。
可燃冰在燃烧时一般不会产生残余物，而且使用方便、清洁卫生，可以减少环境污染，因此科学家们一致认为：可燃冰可能帮助人类摆脱日益临近的能源危机，成为人类新的后续能源。目前，国际间公认全球的可燃冰总能量，是地球上所有煤、石油和天然气总和的2～3倍。
既然可燃冰有望成为21世纪的新能源，取代煤、石油和天然气，那为什么人类还不能大规模开采呢？原因在于收集海水中的气体十分困难。海底可燃冰属于大面积分布，所以它分解出来的甲烷很难聚集在某一地区内收集；而且一离开海床便迅速分解，容易发生意外出现喷井。更重要的是，甲烷所产生的温室效应要比二氧化碳厉害10～20倍。所以一旦处理不当，分解出来的甲烷气体就会由海水释放到大气层，导致全球温室效应问题更加严重。
此外，海底开采还可能会破坏地壳稳定平衡，使大陆架边缘动荡而发生海底塌方，甚至导致大规模海啸，带来灾难性后果。如果开采不利，这位“救星”可能还会成为地球环境的罪魁祸首。据有关证据显示，过去大规模自然释放这类气体，在某种程度上使地球气候急剧变化。8000年前，在北欧造成浩劫的大海啸，就非常有可能根源于这种气体的大量释放。
现在，人们对可燃冰在未来能源方面所扮演角色重要性有了越来越深入的认识，不仅加紧了对这种新能源的探测，还继续研究开采技术，希望能早日把这位能源新成员引入现代生活，为人类造福。
延伸阅读——100℃的水为何会不沸腾
在炉子上烧一锅水，再用小奶锅盛一点水，让它漂在大锅内。给锅加热，大锅里的水沸腾了，小奶锅里的水却不沸腾。实验时，要让小锅一直停在大锅的中心，即使延长加热时间，奶锅内的水也不会沸腾。
为什么呢？
沸腾是液体的一种汽化现象。液体汽化需要吸收热量。大锅放在炉火上，炉火的温度比100℃高很多，锅内的水升高到100℃后，炉火仍不断给水传导热，使大锅内的水不断汽化，不断沸腾。
而奶锅放入水中，只能从水中得到热量。奶锅内的水温度会随着大锅内的水温度升高，大锅内的水达到100℃，奶锅内的水也达到了100℃。但大锅内的水沸腾后，温度不再升高，始终停留在100℃。我们知道，温度相同的两个物体之间是不会发生热传递的。现在既然，奶锅内的水和大锅内的水都达到了100℃，奶锅内的水不能再从大锅里的水那里吸收热量，因此也就不会沸腾。
由于炉火的温度比100℃要高，如果奶锅与大锅底接触的话，奶锅里的水就可以通过金属与炉火中吸收热量，奶锅中的水也就会沸腾起来。
水的第四态
我们一直认为，水是以固态（冰）、液态（水）和气态（水蒸气）三种状态存在于地球上的，并且不能导电。但是，根据美国圣地亚国家实验室物理学家的最新研究显示，在满足一定的温度和压力条件后，将可能得到超离子状态的水，称之为“金属水”。金属水是一个水分子中的两个氢原子是处于自由活动状态的，而氧原子则像被冰冻休眠处于固定状态，这种状态的水会和我们日常所见的金属一样具有导电功能。
“燃素说”
在任何一本教科书里都这样写道：水是一种化合物，它的分子式是H2O。可是，人们果真知道水是什么东西吗其分子式对不对有一点很清楚，水的分子式被人们简单化了。人类受到汪洋大海的包围，而海洋是如何形成的，海洋水到底是什么物质，我们都还茫然无知。
古希腊的哲学家们看到流水源源不断，就得出结论说：水同土、空气和火一样，也是一种元素。地球万物都是由这四种元素构成的。哲学家们的说法可称为超群的见解，直到17世纪以前，人们始终觉得他们的说法无懈可击。
在1770年以前，人们把气体混合物的爆炸视为壮观的景象。点燃氢和氧，燃烧后自然生成了水。可是当时没有谁留意到进行这种反应时生成的那一点水分。人们只顾争论水能不能变成“土”的问题了，为了观察水能不能变成土，天才的法国化学家安图安·罗兰·拉瓦锡用3个月的时间，连续做着水的蒸馏试验。
当时，以毫无根据的假设为依据的“燃素说”，由于受到名人的推崇而名赫一时，它阻碍了人类认识的发展。“燃素说”论者认为，燃烧着的物质能够释放出“燃素”。尽管这位拉瓦锡已经发现了金刚石是由碳组成的，还分析了矿泉水的成分，但他却信奉着“燃素说”。
瓦特的功劳
詹姆斯·瓦特这位工程师和蒸汽机的发明家，最先认清了水的本质。他虽然不是化学家，也没有进行过相应的试验，但他却不固守偏见。
詹姆斯·瓦特于1736年生于苏格兰，他在各个方面都表现出了出众的才华并取得了杰出的成就：制成了数学运算器、天文仪器、蒸汽机的模型。他热衷研究着技术上的新方向——后来得名的工艺学。瓦特成功地发明了完备的蒸汽机，但是关于水他也许只懂得由水可以制取蒸汽。恰恰由于不受偏见的束缚，瓦特才最先意识到自己的同时代人所进行的试验的意义所在。1783年4月26日，他在给J·波里斯特利的信中写道：“难道不应当认为水是由燃素（氢）和非燃素气体（氧）组成的吗……”
拉瓦锡重新做了主要的实验并领悟了这一发现的重大意义，当即将实验结果上报给了法兰西科学院。在报告中他对英国学者的研究成果只字不提。结果，拉瓦锡在欧洲大陆上获得了头功，赢得了盛名。围绕发明优先权属于谁的“水之争”从此开始，持续了几十年。瓦特早在1819年去世，到1835年他的发明优先权才得到了最后的确认。
当时，革命的风暴正在震撼着欧洲，1794年5月8日，拉瓦锡这个皇家税务总监被送上了断头台。战争爆发，帝国瓦解，学校和教学计划都重新改组，但除了瓦特的发明外，并没有产生任何新的东西。
其实，水完全不是发明家瓦特所说的那种简单的化合物。事过200多年，人们才逐渐看到，在正常温度下并不存在水的单个分子，虽然可以无可置疑地说水属于流体，但它却具有固定的结构，一定量的H2O合成了井然有序的浓缩物。水是彼此呈晶型聚合的H2O集团组成的液体。
要具有一种液体能够溶化“水的晶体”，如同溶化盐和糖那样，人们就可以更细致地研究水，那该多好！然而谁也没有找到这种液体。时至今日科学家们还在猜测着：水的晶体里是由8个还是12个、或者300个单个的H2O组成？也许是由大的或是小的集团组成？难道水的组成取决于水的温度吗？哪些测定方法令人置信？
科学家们相信“精诚所至，金石为开”，水分子的奥秘终有一天会被揭开。为此，他们付出了更多的努力。
“聚合水”
1970年，物理化学家鲍里斯·捷利亚金提出了不同以往的“聚合水”的新理论。
捷利亚金用石英毛细管冷却水蒸气，实验显得平淡无奇。实验中他似乎觉得自己制得了从未见过的一种新的水。这种水的比重比普通水重40％，在-40℃温度下凝结成玻璃状的冰。科学家们以为聚合水是实验纯度不佳、做法错误出现纰漏的产物。后来，当各国报界对“聚合水”纷纷进行报道的时候，捷利亚金的发现才引起科学界的重视。
理论家们开始感到，电子计算机的运算和某些原理可以证实聚合水的存在。人们又去做实验，竟真有人发现捷利亚金的结论是正确的！水确实存在着一种新的形态。于是，西欧的学术刊物用大量篇幅报道了聚合水。对于聚合水的存在，有人狂热地支持，也有人激烈地反对。
人们凭常识就可以解释聚合水的产生：像塑料中无数单个的分子能够形成聚合物，乙烯的分子能够合成聚乙烯那样，水的分子聚合形成聚合水——道理何其浅显！或者并非如此？
初看起来，科学家们可以通过实验轻而易举地解决这场“简单的”争论，其实并不那么简单。如果准确地按照捷利亚金的方法进行实验，所得结果就与捷利亚金的相同；一旦实验稍有改变，其结果就完全各异，甚至截然相反。人们因此不得不采取了折中的解释：如果水放置在毛细管里，那么就能产生一层特殊的水，具厚度为千分之几毫米，它便是水的特性成因。
1973年夏，来自各国的科学家聚会马尔堡这座规模不大的大学城讨论水的问题。大会学术论文业已安排就绪，会刊又发表了其他学者对新型水的研究成果。不料突然从莫斯科传来消息说，捷利亚金已经放弃自己原来的观点，他以为自己的发现与水的结构可能毫不相干。
点击谜团——什么是玻璃水
水除了气态、液态和固态外，还有玻璃态。玻璃态是一种冷的液态，即液态水在摄氏零度以下不结冰而保持液态。玻璃态的水和冰不一样，它无固定的形状，不存在晶体结构。与固态相比，它更像一种极端粘滞、呈现固态的液体。水的玻璃态密度与液态密度相同。
美国亚利桑那州立大学的研究人员宣称，液态的水大约在165K就可以转变成玻璃态，大大高于原先认为的136K。(1K＝-272.15℃)
太空中的水蒸气在星际尘埃等物体的冰冷表面上形成玻璃态水，而科学家们则用声速冷却的方法使液态水转变成玻璃态。水的玻璃态研究，不仅对提示人体在低温下如何成活具有启示意义，而且对地球上的制药工业和其他行星上的生命理论等均有帮助。例如，人体冷冻保存的关键问题之一是避免水结成冰。由于冰的密度比水小10%，生命体的水一旦结成冰，则生命体各部分体积都会膨胀10%，导致生命体死亡。若使水成为玻璃态就可以避免这一问题。
水是一种结构简单的化学物质，但是其物态之复杂超乎人们的想象。冰至少有12种形态，低温下的液态水至少有两种形态。水的许多特性还有待进一步了解。
金属玻璃的奥秘
在电影《终结者2》中，邪恶的机器人由一种液态金属制成，他可以随随便便变为直升飞机或其他任何形状的东西，甚至可以从门缝下“流”过去。而这种神奇材料在现实生活中也的确存在，那就是金属玻璃。如今，科学家已经研制出可与电影中机器人媲美的金属玻璃，其强度是目前最好的工业用钢材料的3倍，柔韧性则是钢的10倍。
金属玻璃的结构及特性
20世纪60年代，美国科学家皮·杜威等首先发现，在冷却速度非常快的情况下，金一硅合金等液态贵金属合金由于其内部的原子来不及排好顺序，仍处于无序紊乱状态时，就可以马上凝固，成为非晶态金属。这些非晶态金属具有类似玻璃的某些结构特征，因此也被称为“金属玻璃”。
金属玻璃是一种特殊的合金材料。一般意义上，金属原子都是有序排列的晶体结构，而在金属玻璃的原子排列如同液体或玻璃一样杂乱无章。虽然从严格意义上来说，金属玻璃并非液态，但因为它可以像液体一样随意流动，没有固定的外形。因此，在进行市场宣传时，一些商家仍以“液态金属”这个更便于记忆的形象名称来称呼它。
金属玻璃具有不寻常的结构，以及金属一样的硬度和韧性、塑料一样的可塑性，已经成为一种具有良好应用前景的未来材料。原子在晶体金属或合金中，都是在一个个被称为晶粒的区域内整齐排列，而这种合金材料最为脆弱的部位就是晶粒之间的结合处。但是，金属玻璃根本不存在晶粒边界，因为它的原子都是无规律地紧密排列的，因为它的内在组合没有缝隙，所以它的硬度更大。即使遭到重击，原子也很容易恢复原位，同时它还有很好的抗腐蚀能力，不变质，重量轻；由于金属玻璃没有晶粒的体积限制，所以它很容易被制成仅10纳米的微型器件。而且，金属玻璃的非晶体结构还使得它可以在低温下熔化，如同塑料般易于塑造成型。
金属玻璃还具有良好的耐腐蚀性。不锈钢的表层在温度为40℃、浓度为10％的三氯化铁溶液中非常容易受到腐蚀；而在同样情况下，含铬的金属玻璃却能“固若金汤”，腐蚀速率接近零。这还是因为金属玻璃内部原子不存在晶体的交界面，呈无序排列，也不存在晶体缺陷，从而避免了腐蚀液体的“入侵”；另外，含铬氧化物在金属玻璃表面形成了一层致密而均匀的保护膜，所以金属玻璃的耐腐蚀性特别强，作为一种高耐蚀材料非常有发展前途。于是，人们就想到用一种铁硼合金的软磁材料，代替硅钢做成电源变压器，不仅性能好，而且电能损耗少，一般的金属合金都是以晶体的形式存在，具有特殊性能的这几种合金却都不是晶体而是玻璃形态物质的金属玻璃。
作为一种优异的磁性材料，金属玻璃还具有高饱和磁感应、低铁损等优点，同时还具有较高的耐磨性和耐腐蚀的特点。用金属玻璃制造各种磁头的话，可以避免磁头尖部的脱落现象，降低磁头与盘片摩擦发出的噪声。这将会给我们带来优美、清晰的音质和理想的音响效果。
如何制得金属玻璃
既然金属玻璃有这么多的好处，那么该用什么方法制得金属玻璃呢？
科学家研究发现，金属在高温下熔融后，经过慢慢冷却就会恢复为晶态。设想一下，当将某些金属熔融后，通过一个喷嘴喷到高速旋转的光滑钢质辊面上后急剧冷却，就有可能变成金属玻璃。
但是，金属单质它们在温度稍低时便会转化成晶态，极难生成类似玻璃的结构，已制得的在室温下稳定存在的金属玻璃都是两三种或更多种元素的某些合金。因为对冷却速度存在要求，再考虑到非晶态结构的稳定性，用于制备金属玻璃的材料多是铁一钴一镍合金。金属晶体内的微粒排列得很整齐，当金属体内存在缺陷时，就容易被拉断。这就好比搭积木，抽掉中间一块，整个搭起的积木就会全部倒塌。而由于金属玻璃是急剧冷却时形成的，其内部结构来不及排列得很整齐，在整体上的排列还是混乱的，而在小的局部上又可能是有序的，就像如果高台是由不规则形状的石头砌成，挖掉一两块也不会影响整个建筑。
研究发现，金属玻璃的断裂强度是钢的4倍。目前，铁系金属玻璃的屈服强度约为4000兆帕，镍系和钴系金属玻璃的屈服强度约为3000兆帕，远高于同类的晶态合金的强度。
金属玻璃可经受180弯曲而不断裂，兼有良好的可塑性。它的抗裂纹扩展能力强，断裂韧性值约为钢的5倍、铝合金的10倍、硅酸盐玻璃的l万倍。把它作为结构材料和复合材料的日子已经为期不远了。
大自然神奇的力量导致了形形色色规则的形成，而打破规则则是另外一种神奇的力量。从金属到玻璃的跨越告诉我们这样一个道理：万物并没有绝对的分界线，跨越分界线去看事物，能使你得到意想不到的收获。
延伸阅读——金属疲劳
看到这个题目，大家都觉得奇怪，难道金属也会疲劳吗？不错，金属也与人一样，超过一定的限度就会疲劳。
设想一下，现实生活中我们很难直着拉断一根铁丝；但是如果反复弯折，就容易折断了。这说明，像钢铁这样的金属，在反复变化的外力作用下，它的强度要比在不变外力作用下小得多。这种现象就是金属疲劳。
金属疲劳会发生很多如轮船沉没、飞机坠毁、桥梁倒塌等破坏事故。据估计，在现代机器设备中，80％～90％的零部件损坏是由金属疲劳导致的。因为在材料内部抵抗最弱的地方，金属部件所受到的外力超过一定限度，就会出现人眼觉察不到的裂纹。如果部件所受的外力不变，微小的裂纹就不会发展，材料也不易损坏。但如果部件所受的是一种方向或大小经常重复变化的外力，那么金属材料内部的微小裂纹就会时而张开，时而相压，时而互相研磨，导致裂纹不断扩大和发展。当裂纹扩大到一定程度，金属材料被削弱到不能再承受外力时，只需要一点偶然的冲击，就会发生零部件的断裂。所以，金属疲劳往往都是造成突如其来的破坏，没有明显的迹象让人察觉。
增强金属抗疲劳的有效办法是在金属材料中添加各种“维生素”。例如，金属抗疲劳的能力在加进万分之几或千万分之几的稀土元素后，就能大大提高，延长使用寿命。随着科学技术的发展，现已出现“金属免疫疗法”新技术，通过事先引入的办法来增强金属的疲劳强度，以抵抗疲劳损坏。
此外，在金属构件上，应尽量减少薄弱环节，还可以用一些辅助性工艺增加表面光洁度，以免发生锈蚀。对产生震动的机械设备要采取防震措施，以减少金属疲劳的可能性。在必要的时候，要进行对金属内部结构的检测，对防止金属疲劳也很有好处。
匪夷所思的反重力技术
着名物理学家费希巴赫根据对K介子衰变速度在接近光速时其延长寿命比爱因斯坦的相对论预言的要长的研究，又做了大量自由落体的实验，提出了反重力的概念。他认为，反重力与称为超荷的粒子结合，这个排斥力也许与原子内的中子与质子的总数成比例。这就意味着从9米高处落下的羽毛比同样高度落下的铅球几乎早十亿分之一秒落地。理由是，铅球有更密集的质子和中子，具有更大的超荷。由这个超荷产生的反重力使物体远离地面，致使铅球的落下稍为推迟。这是现代物理学家对反重力的解释。
南太平洋上神秘建筑
南太平洋波纳佩岛东南有一个叫泰蒙岛的小岛，在这个小岛延伸出去的许多珊瑚礁浅滩上耸立着一座座用巨大的玄武岩石柱纵横交错垒起的高达4米多的建筑物，好像一座座神庙。岛上充满了离奇、神秘的传说。在岛上也曾发生过类似“法老的毒咒”这样令人毛骨悚然的事情。德国总督伯格和德国考古学家卡伯纳就曾遭到了与发掘埃及古墓的英国爵士卡莫洛斯及其助手一样的悲惨命运。
据估计，整个建筑用了大约100万块玄武岩，是从小岛北面的采石场开凿、加工成石柱后运到这里的。专家们估计，这需要1000名壮劳力从事劳动，那么光采石就需655年，每一根石柱用人工加工三角形或六角形棱柱也需200~300年，最终完成这一工程则需1550年。
专家们认为，根据岛上当时的人口状况也不可能完成此项工程。美国的一调查组用碳14法对遗迹进行了测定，表明这一工程是在距今约800年前，即公元1200年前后完成的，公元13世纪是萨乌鲁鲁王统治波纳佩岛时期，所以调查组设想环绕该岛的南·马特尔遗迹是作为王朝的要塞兴建的。可是王朝创始于公元11世纪，在经历了200年的兴盛后就灭亡了。在这样短的时间内怎么可能完成如此艰巨的工程呢？
于是，有人提出了第六大陆文明的假说。1868年，驻印度的英国军官却吉伍德从一位高僧珍藏多年而又从未向外透露的几个泥塑板上破译出了其中的记载：远古的太平洋上存在着辽阔的第六大陆，它包括东到夏威夷、西到马里亚纳群岛、南到波纳佩岛和库克群岛的广大区域，是人类最早的发祥地，距今约5万年前，文明发达，技术先进，昌盛一时，在1.2万年前因大地震而沉陷海底。这与中国的《山海经·海外西经》中的奇肱国的记载不谋而合。中国古籍记载奇肱国离玉门关2万千米，那里的人能制造、驾驶飞车，随风游行四方。因此，却吉伍德认为，现今南太平洋上的无数岛屿是第六大陆的残骸，而南·马特尔遗迹就是泥塑板上记载的第六大陆文化中心的七城市之一——罕拉尼普拉。
但是，长年从事波纳佩岛与第六大陆文明关系研究的詹宁不同意却吉伍德的观点，认为第六大陆的真正文化中心是在现今夏威夷岛东北五六千米的地方。他认为，泥塑板上记载的是古印度的历史，文中所描述的当时已有像今天的飞机一样能在空中飞行的机械，与古印度梵语叙事诗“摩呵婆罗多”中的记载相似。他认为第六大陆的文明和科学与今天的科学不同，有控制重力的能力，即掌握了反重力技术，今天印度瑜伽行者能使身体漂浮在空中的能力也属于第六大陆文明之列。
由此，美国反重力工程学专家戴维认为通过反重力工程学的研究，也许可以揭开南·马特尔遗迹之谜。并根据由爱因斯坦统一场论导出的和研究UFO所谓的音叉装置提出的声共振作用产生反动力的假说，企图以此来说明南·马特尔遗迹巨石建筑的巨石是用反重力控制法空运来的。他还指出阿波罗计划的登月舱装着火箭只是为摆脱月球的重力，是一种军事上需要的伪装，而与此同时，也使用反重力装置。那时，第六大陆文明高度发达，传播四方，因此，古老美洲的种种神秘建筑可能与第六大陆文明的飞车、反重力技术等有关。
反重力的科学认识
那么，到底什么是反重力呢？
反重力就是排斥物体的力，是同重力相对而言的。众所周知，有了万有引力，才有了自由落体的完善理论。但是近年科学家们的一些实验对此提出了挑战。
着名物理学家费希巴赫根据对K介子衰变速度在接近光速时其延长寿命比爱因斯坦的相对论预言的要长的研究，又做了大量自由落体的实验，提出了反重力的概念。他认为，反重力与称为超荷的粒子结合，这个排斥力也许与原子内的中子与质子的总数成比例。这就意味着从9米高处落下的羽毛比同样高度落下的铅球几乎早十亿分之一秒落地。理由是，铅球有更密集的质子和中子，具有更大的超荷。由这个超荷产生的反重力使物体远离地面，致使铅球的落下稍为推迟。这是现代物理学家的理论认识。
学者们认为，第六大陆文明已经认识了反重力，就像人们在19世纪认识磁力一样。今天，电磁担当了磁悬列车、火箭、电话、激光等技术的中枢，而这在100年前则是无法想象的。掌握了反重力技术，像建造美洲古代建筑这样复杂的工程就易如反掌了。
新知博览——反重力推进的奥秘
所谓反重力推进，其实是一种超常规动力推进技术。凡能直接靠作用力或反作用力原理达到的抗重力或动力推进的装置技术（如火箭和喷气式飞机采用的喷射推进、直升机的螺旋桨推进、磁悬浮列车靠电磁力实现的动力牵引等），都不属于反重力推进。通常反重力推进的基本原理是依靠飞行器自身所形成的逆向引力场，从而抵消或阻绝外部环境的引力场而获得推力的。
从物理角度来看，要实现最基本的反重力推进，关键在于突破电磁力与重力的转换机制。也就是说，反重力推进技术是必须建立在统一场论的基础上的。各种类型的反重力技术都必须满足一个共同的特点，那就是：必须使封密系统（或装置）内的作用力实现对外做功——即实现力突破屏障对外进行“传输”。这种方式就不同于现代所有的常规动力装置了，也不同于直接依靠作用力或反作用力进行动力推进的做功方式。
而质量虚化隐形的反重力类型，就更属于超常规又超空间的最高层次的反重力技术了。它是物质以结构信息能量场的形式变换的一种隐形技术。当物体由三维实体转换到该物质的结构信息能量态时，质量的含义就会消失，一切经典力学在这里也会失效，该物体的三维空间概念也会消失，物体将隐没。此时，物体仅以特定的结构能量场形式，以零功耗，滞留在空间当中。物体隐形后，可实现非经典的特殊、特定的时空迁移，且可让隐没后的物体重新回到经典常态。
基于反重力推进技术发展出的反重力飞行器，不仅能够自由进出地球大气圈，还能在任何环境瞬间加速高达10马赫，在超音速飞行下可作90的转弯，瞬间在空中保持静止；同时，还可以自由进出空中与海底。换句话说，这种飞行器可以一举汰换掉所有现今人类在太空、地表与海底的各型载具。
能自我修复的塑料
迄今为止，我们日常使用的塑料易老化、寿命短，因此，开发不易老化的塑料也成为当今材料学的重大课题。
制造抗老化的材料一直是科学家的目标，就拿塑料来讲，尽管做了许多改进，但现在日常看到的塑料的寿命至多也就10年，而由强度很小的物质构成的人类寿命却有百年左右。这是为什么呢？原因在于，我们人体能够一边自我修复，一边继续生存。受此启发，科学家也将生物自我修复的机理移用于人造材料。科学家认为，如果材料果真能自我修复，今后的产品将发生革命性的改变。
美国科学家已经研究出一种能够自我修复内部“劳伤”的全新塑料。这种物质是设计用以填补表层破裂处的一种塑料，在自我修复的过程中需要氧气，有趣的是一旦修复完了，它竟然还能“排泄”。据说，这种全新的塑料产品已经问世。
塑料强度的奥秘
世上的塑料大体上有三类，即“通用塑料”、“工程塑料”以及“超工程塑料”。其中，通用塑料有聚苯乙烯、聚乙烯以及氯乙烯等，它们大多用于制造日常生活用品，寿命为5~6年；工程塑料则有聚碳酸酯、聚酰胺和聚氧化甲烯等，一般用于制造汽车的零件、电子产品，通常价格比通用塑料高，寿命约为10年左右；超工程塑料仅在特殊环境下使用，价格昂贵，主要用于航空航天用品，其使用寿命可达100年。
我们日常使用塑料往往短寿命，至多在10年左右。其主要原因，就在于塑料内部会出现“劳伤”，这与材料老化有关。
那么老化是怎么产生的呢？塑料是由碳、氢、氧三种元素化合而成的纤维状高分子。这种高分子纤维之间络合在一起，使塑料具有固体一样的强度。普通的塑料里每一条纤维大约有7处络合在一起，这使塑料在使用时具有安全强度。而纤维被切断后会导致塑料老化。这是太阳的紫外线或人类使用时施加的外力造成的。如果络合在一起的纤维正中断开，那么一条纤维就变为二条，这个反应过程被称之为塑料的老化。
不知您有没有过这样的体验：一直在太阳下的塑料桶灌满了水，刚想提起来，却发现提手与塑料桶之间突然断开了。其实，这时的每条纤维都已有多处断裂。塑料的老化会随着使用时间的增长而越来越越严重。为此，制作人员掺入了一些紫外线吸收剂，以抑制老化，或在制品外表涂上油漆以抗老化。尽管如此，塑料仍未停止老化的步伐。
科学家研制的“自我修复塑料”是再自发地接上断开的高分子，以消除老化。当然这并非是说可以无限制延长寿命，但与普通的塑料相比，它的老化进程较慢，使用时间也明显延长了。
“橡皮膏”与“修补剂”
1997年诞生了一种叫聚苯醚的工程塑料，这是科学家首次开发出来的自我修复塑料，成功的关键是开发了为应急处理伤口用的“橡皮膏”和治伤口的“修补剂”。
修补的原理非常简单，首先假定负分子络合的电子在某些外在因素作用下错开，导致高分子被切断，出现自由的电子，老化由此揭开了序幕。此时，预先置入的修补剂会向这个自由电子靠近。在聚苯醚，铜可以充当修补剂的角色。首先，铜以2价（缺少2个电子）的状态存在，当它从断开部分得到一个电子后变成1价。这个过程略显复杂，但通过这样的氧化还原反应，中断的部分就被恢复成原样。
这时，氢起的是“橡皮膏”作用。为了供给氢从而使聚苯醚具有自我修复能力，可预先在聚苯醚中置入“氢供给剂”，氢会在一旦出现断裂时来到断开部分产生的自由电子处进行结合。
聚苯醚的高分子如果没有氢供给剂的应急处理，内部可能会在各处连锁产生自由电子，这就会使材料遍体鳞伤。
自我修复不可或缺
虽然自我修复终止了，但反应仍在继续。得到电子变成1价的铜，会继续与大气中的氧发生化学反应，使氧得到一个电子，铜又回到2价，再次获得作为“修补剂”的能力。这时，反应产生的氧离子与“橡皮膏”的氢离子结合，生成的水便成为废物“排泄”出来。通常来说，每克聚苯醚修复产生的水量为几百微克，修补“劳伤”系统的这种有规律循环是自我修复不可或缺的。
此外，科学家还为成功地聚碳酸酯等建立了自我修复系统。聚碳酸酯的修补剂是碳酸钠，这时的排泄物是气味难闻的石炭酸（苯酚）。在材料修复过程中，排泄物的出现是一个非常有趣的事，其实通过改进也可不必排泄。例如，在聚碳酸酯材料中加入起回收站作用的物质，具体地说如果放入碱性的微小硅胶，那么石炭酸就将被硅胶吸附，这样就不会向外释放垃圾了。但是，反应生成的物质又将成为另一问题，类似的研究还在进行中。目前，科学家正全力以赴构筑其他塑料的修复系统。
期待全新学科的诞生
现在我们知道，上述材料是铜等触媒在受损伤处完成自我修复的。但塑料是固体，铜等原子或分子真的能到达断裂处吗？虽然有许多研究者认为，触媒不可能在固体中流动到断开部分，但也有专家提出，如果在5~10纳米的区域中有触媒，就可以引起自我修复反应。
很多人认为，在水溶液或气态环境中，自我修复反应才能发生，这个常识使我们对自我修复反应产生了误解。其实，与普通的化学反应完全不同，材料自我修复引起的化学反应涉及到的只有1023数量级的分子，也无法适用“化学平衡”等概念，也许这还是一门全新的科学领域，需要从理论上进一步研究。
另外，科学家们在研究中还发现，自我修复反应首先发生在老化最严重的部分。专家开始将研究方向转移到延伸塑料的寿命上，因为正常来说，高分子断开部分增加，有待发生的反应也增多，但结果却是老化严重的部分优先修复。
2002年以来，多家日本企业为了解决光热条件下电化产品易老化的问题，开发了相应的自我修复型塑料产品。汽车部件在使用这些自我修复塑料后，使用寿命也得到了明显的延长。
人造材料都能自我修复吗
科学家预言，不但是塑料，今后包括金属和陶瓷等一切人造材料，都有可能具有自我修复性，自主地应对老化。虽然以前在材料研究中就有“自我修复”概念，但是从未见过实物。后来，科学家果真制造出了具有“自我修复”特性的实物，并由此开展了自我修复性的深入研究。或许人们不久以后就会把自我修复性视为产品的标准。毕竟，产品的寿命延长也就意味着它们的可靠性和性能的提高。
有效地利用自我修复性，延长物品的使用寿命，在资源日趋减少的今天，也算是从另一个方面缓解了日趋严重的环境问题。
新知博览——认识生物塑料
生物塑料指以淀粉等天然物质为基础在微生物作用下生成的塑料。生物塑料的身影在我们的生活中随处可见，大到电视机的支架、电脑框体，小到小摆件、厨房垃圾袋等。
生物塑料可以分为三类，分别是自毁型生物塑料、强耐耗性生物塑料和可耐高温生物塑料。
在给人类带来各种方便的同时，化学塑料制品也给人们带来难以想象的麻烦。由于在自然条件下有些废弃塑料不会降解，又会在燃烧时释放出有害气体，因此给生态环境造成了难以治理的污染。因此，各国科学家开始研制可以自行分解的自毁或自溶塑料，以解决这个问题。有人把它称作“绿色塑料”。
美国密茨根大学生物学家最早提出了“种植”可分解塑料的设想，他们用土豆和玉米为原料，植入塑料的遗传基因，使它们在人工控制下生长出不含有害成分的生物塑料。利用细菌，美国帝国化学工林公司把糖和有机酸制造成可生物降解的塑料。其方法与生产出乙醇的发酵工艺相似，但用的细菌是产碱杆菌属，能把喂食的物质转变成一种被称为PHBV的塑料。就像人类和动物积存脂肪一样，细菌积累这种塑料是作为能量储存。当达到它们体重的80％时，细菌积存的PHBV就用蒸汽把这些细胞冲破，把塑料收集起来。PHBV具有与聚丙烯相似的性质，这种材料在废弃后，即使在潮湿的环境下也是稳定的，但在有微生物的情况下，它将降解为二氧化碳和水。
耐耗性强塑料坚硬、重量轻、环保，可以用来生产汽车门、船壳、婴儿保育器等。普通塑料的半衰期为数千年，此计划研究的塑料原料采用的是植物，是一种无害的合成塑料，也是第一次利用可再生资源制造结构材料和产品，其半衰期很短。现今，自然纤维只有填充成型短纤维和压缩成型的垫子纤维两种，但这两种都不能为制造结构部件提供足够的强度和硬度。向自然纤维纱注入粘性热塑树脂会很困难，因为它通常都是拧在一起的。这个计划将经过加工的麻纤维和亚麻纤维要纺成连续的纤维，再织成高性能的纺织物。把这些纺织物与自毁型生物塑料如聚乳酸结合，然后通过真空袋成型和压缩成型使之成型为各种部件。最后还要进行表面处理，加强纤维与树脂之间的粘合。
作为一种新型生物塑料，可耐高温生物塑料的耐热性大大提高，热变形温度超过100℃，在一次性餐饮用具、一次性医疗用品等一次性器具，电子器件等产品的包装，以及农用薄膜、农药及化肥缓释材料等农用领域可广泛用。
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