只有彗星才有尾巴吗?

 董银立  
 
 
    为什么彗星在其背对太阳的一面会出现长长的尾巴？只有彗星才有尾巴吗？在牛顿留给后人的著作中，我们找不到答案。哈雷和牛顿是英国同时代的科学家，而且他们是私交很好的朋友，牛顿不可能不思考上述问题。
    人类始终未停止过对彗星尾巴现象的探索，最初的方案是，假设彗尾是由光压引起的。牛顿假设光是一种粒子，可能也是基于这种考虑。然而这种解决方案令人难以置信。如果光压真有如此威力的话，那么地球应比彗星有更大更长的尾巴！甚至有人制造了光子帆，企图利用太阳光的压力来推动宇航器的运动，这当然也只有失败的结果。相关的反例还很多，比如《军事学教程》中言：“激光武器的特点：不产生后坐力，是一种无惯性武器。”近代实验也发现原子核向外发射出能量极高的 Y 光子时并不做反冲运动（近代理论认为能量越大的光子其动量越大）。种种迹象表明，用光压假设来解释彗尾是行不通的，而且光压是否存在，都受到了怀疑。
    另一种方案是用太阳风来解释彗尾，但目前的研究发现，地球外的宇宙射线是各向同性的，来源于太阳方向上是宇宙射线并不比其他方向上是多，而且宇宙射线来源于那里至今仍是个迷。后来人们发现宇宙射线中有一些“低能质子”的多少与太阳黑子活动存在某种联系，于是认为“低能质子”就是太阳风，但仍然存在两个困难。一是“低能质子”也是各向同性的；二是我们还不清楚是“低能质子”的变化引起太阳黑子活动呢，还是太阳黑子活动引起“低能质子”的变化。
    即便是存在“太阳风”，这种高能粒子必然受到太阳及行星磁场的影响，它不可能总是以太阳为始点沿直线“吹向”彗星！而彗尾却忠贞不渝地背对着太阳。
    我不敢保证牛顿没有探寻过其他途径，事实上，有一种物理直观与彗星尾巴很相似。我们找一个小球，在其周围沾满头发，然后用一绳子系着小球让它围绕着手作圆周运动。所有的头发都被甩到背对手的一面。彗尾是否受到了公转离心力的影响？但让牛顿烦恼的是，牛顿清楚的认识到，地球围绕太阳公转时的离心力不会对地球的上的石头、水、人、空气等物质产生任何影响！因为牛顿通过检测发现上述物质的引力质量和惯性质量是想等的。难道彗尾是一种特殊的物质吗？牛顿的理论体系并不依赖存在引力质量和惯性质量不相等的物质，为何牛顿又要苦苦寻求引力质量和惯性质量不相等的物质呢？
    彗尾的确是一种特殊的物质，因为彗尾是带电的。当带电体加速运动时，会产生自感反电动势来阻碍带电体的加速运动。这种电磁惯性阻力，必然要求外力对带电体要比不带电体多做额外的功，也必然导致，在速度相同时，带电体比不带电体有着额外的动能和额外的惯性质量。因此带电体的惯性质量必然大于其引力质量，即：其惯性质量=引力质量+电磁质量。
    这种方案可以完美地解释彗尾现象，即彗尾是由彗核的引力和公转离心力共同作用形成的。当彗星离太阳越近时，离心力越大，彗尾也越长。该方案甚至可以完美地解释为什么彗尾会有两条！彗尾有两条，一条由带电离子气组成，一条由带电尘埃组成。这是因为带电离子气的m引/m惯与带电尘埃的m引/m惯不相等，受到的彗核引力和公转离心力的影响不同造成的。
    地球同样有尾巴，面对太阳的一面和背对太阳的一面的电离层的厚度是不相同的，因此夜晚的收音机比白天能收到更多的电台。