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宇宙永恒的能量来源

  1932年10月13日 纽约
  作者:尼古拉·特斯拉

  宇宙射线的起源和强度
  一个多世纪以前,包括拉普拉斯在内的许多天文学家仍然认为,天体系统是不可改变的,它们将以同样的方式进行运动,直到永远。但从那时起,仪器的逐步完善和研究方法的改进,使人们认识到,天体区域正在发生持续的变化,使所有天体受到不断变化的影响。这种变化将走向何方,以及它的最终阶段是什么,已经成为科学界最关心的问题。在1852年4月19日给爱丁堡皇家学会的一封信函和同年10月的《哲学杂志》中,开尔文勋爵提请注意自然界中机械能耗散的普遍趋势,这一事实在对热动力和发电机热力过程的日常观察中得到了证实,并具有不祥的意义。这意味着,宇宙的驱动力正在稳步下降,最终其所有的动能都将耗尽,没有剩余的能量可用于机械工作。在具有无数概念的宏观宇宙中,这一过程可能需要数十亿年才能完成;但在微观宇宙的无限小的世界中,它一定会很快完成。既然如此,根据积极科学的实验结果和推论,任何物质(冷却到绝对零度的温度)都应该没有内部运动和能量,可以说是死亡。
  这位伟大的哲学家后来以他的友谊为荣,他的这一想法对我的思想产生了迷人的影响,在冥思苦想中,我被这样一个想法所震撼:如果物质内有能量,它只能来自外部。这一真理对我来说是如此明显,以至于我用以下公理来表达它:"物质中没有能量,除了从介质中吸收的能量。开尔文勋爵给我们描绘了一个垂死的宇宙,一个上了发条的发条,不可避免地注定要在遥远的、遥远的未来戛然而止。这是一个与艺术、科学和机械意识不相容的阴暗观点。我一次又一次地问自己,难道没有某种力量在时钟走下坡路时给它上发条?我制定的公理给了我一个线索。如果所有的能量都是从外部提供给物质的,那么这个重要的功能必须由媒介来完成。是的 - 但怎么做呢?
  我徒劳地思索着这个物理科学中最古老、最伟大的谜题,绝望地想起诗人的话:

  我在哪里抓到你无限的本性?
  天地悬在其上;
  无边无际的大自然,我能在哪里紧紧抓住你?
  所有生命的井 - 天地都得到滋养。
        歌德·浮士德

  我努力追求的东西似乎无法实现,但善良的命运眷顾了我,一些有灵感的实验揭开了这层面纱。这是一个奇妙而不可思议的启示,它解释了自然界的许多奥秘,并像闪电一样揭示了一些现代理论的虚幻特性,同时也证明了上述公理的普遍真理。
  当放射性射线被发现时,研究者认为它们是由于原子能量以波的形式释放出来的。鉴于这一点是不可能的,我的结论是,它们是由一些外部干扰产生的,由电化粒子组成。我的理论虽然看起来简单可信,但却没有被认真采纳。假设子弹被射向墙壁。在这个例子中,很明显,飞出的碎片的能量只能来自子弹的能量。但在无线电活动的表现中,无法提出这样的证据,因此,通过实验证明介质中存在这种神奇的扰动是最重要的。我的这些努力很快就得到了回报,这主要是因为我采用了一种有效的方法,即从大量的空气中获得被干扰物电离的电流,将其能量储存在一个电容器中,并通过一个指示装置将其释放出来。这个计划消除了首次使用的电镜的局限性和不确定性,我在1900年至1905年的文章和专利中对此进行了描述。从已知辐射的行为来看,新射线的主要来源是太阳,这是合乎逻辑的预期,但这种假设被观察和理论考虑所推翻,这些观察和理论考虑在这方面披露了一些令人惊讶的事实。
  光线和热能在通过介质时被吸收,与介质的密度成一定比例。以太,尽管是所有物质中最脆弱的,但也不例外。它的密度首先由开尔文勋爵估计,根据他的发现,一个横截面为一平方厘米的柱子,其长度使光以每秒30万公里的速度飞行,需要一年时间才能穿过它,其重量应为4.8克。这正好是一个相同截面和两厘米长的普通玻璃棱镜的重量,因此,可以假定它相当于吸收中的以太柱。因此,一根长一千倍的以太柱将吸收与二十米玻璃同样多的光。然而,在几千光年的距离上有太阳,很明显,几乎没有来自它们的光可以到达地球。但是,如果这些太阳发出的光线比光的穿透力强得多,它们就会稍微变暗,因此,从四面八方涌向地球的辐射总量将比我们的发光体提供给它的辐射量大得多。如果光和热射线的穿透力和宇宙一样强,那么永久的强光和炙热就会如此猛烈,以至于这个星球和其他星球上的生命都无法存在。
  当我的真空管在1000万伏或更高的压力下工作时,在各方面都产生了与宇宙相似的射线,但即使它没有被实验证实,我在1897年提出的理论也会对这些现象提供最简单和最可能的解释。难道宇宙及其无限的和不可逾越的边界不是一个完美的真空管,其尺寸和功率都是不可想象的?难道它那火热的太阳的电极温度不是远远超过了我们可以在我们制造的微不足道的粗糙装置中应用的吗?难道太阳和恒星所承受的巨大的电压力不是人类所能产生的吗,天体空间的真空不是同样如此吗?最后,难道还有什么疑问吗,宇宙尘埃和陨石物质提出了无数的目标,作为能量的反射器和转化器?如果在理想的工作条件下,用人类无法掌握的规模的设备,不会产生强度和穿透力超强的射线,那么,事实上,自然界已经对其规律做出了独特的例外。
  有人认为,宇宙射线是电子,或者它们是星际沙漠中新物质产生的结果。这些观点太奇妙了,甚至连片刻都不能认真考虑。它们是这个时代深刻而非理性的思考的自然流露,是不可能的理论,其中最新的可能是处理时间的曲率。如果时间是弯曲的,我们的这个世界会是什么样子。
  由于对宇宙射线的强度随海拔高度变化的方式存在相当大的疑问,以下从我早期的实验数据中得出的简单公式可能会受到那些对这个问题感兴趣的人的欢迎:
  I = (W+P) / (W+p)
  在这个公式中,W是横截面为一平方厘米、长度为180厘米的铅柱的重量(公斤),P是海平面大气的正常压力(公斤/平方厘米),P是所考虑的海拔高度的大气压力,以类似方式计算,I是以海平面为单位的辐射强度。代入W和P的实际值,分别为1.9809和1.0133公斤,该公式简化为:
  I = 2.99421 / (1.9809 + p)
  很明显,在海平面上p=P,因此强度等于1,这是测量单位。另一方面,在大气层的极端极限,p=0,强度I=1.5115。
  因此,随着高度的增加,最大的增幅是略高于百分之五十一。这个公式,基于我的发现,即吸收与介质的密度成正比,不管它是什么,是相当准确的。其他研究人员可能会发现不同的W值,但他们无疑会观察到相同的依赖性,即强度在几公里内与高度成比例地增加,然后以逐渐减少的速度增加。

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