宇宙之“大”,大到我們無(wú)法想象,而宇宙的“小”也同樣精彩絕倫。比如說(shuō)在微觀世界里,有一種被稱為“中微子”的基本粒子,其種種表現(xiàn)就可以讓我們嘆為觀止。
中微子的質(zhì)量和體積都非常的小,但是它們?cè)谟钪嬷械臄?shù)量又極為龐大,而最讓人吃驚的是中微子擁有的穿透力。事實(shí)上,每秒鐘都有億萬(wàn)個(gè)中微子直接穿過(guò)我們的身體,但是我們卻毫不知情,也不會(huì)受到任何傷害。
但中微子的穿透能力卻遠(yuǎn)不止如此,科學(xué)家告訴我們,中微子可以輕松地穿過(guò)10億個(gè)地球,因?yàn)楦鶕?jù)計(jì)算機(jī)的模擬結(jié)果,中微子在穿過(guò)整個(gè)地球的過(guò)程中,被地球擋住的概率大約只有100億分之1。
也就是說(shuō),100億個(gè)地球才可以勉強(qiáng)擋住一個(gè)中微子!很顯然,我們不可能找到100億個(gè)地球,更不可能將它們重疊在一起,那么,中微子的穿透力如此的厲害,宇宙中還有什么天體能阻擋它?
要搞清楚這個(gè)問(wèn)題,我們需要先了解一下這其中的原理。
在微觀世界中,電子已經(jīng)是很小的基本粒子了,但中微子卻比電子還小,相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,中微子的質(zhì)量通常只有電子的幾十萬(wàn)分之一,有些中微子的質(zhì)量甚至只有電子的幾百萬(wàn)分之一。相應(yīng)的,中微子的體積也很小,其直徑通常都在(10^-20)米以內(nèi),這比電子的直徑小了5個(gè)數(shù)量級(jí)。
除了小以外,中微子還有另外的“配置”,強(qiáng)相互作用力和電磁力都對(duì)它沒(méi)有任何效果,而因?yàn)樗馁|(zhì)量極小,所以引力對(duì)它的作用也基本上可以忽略不計(jì)??梢钥吹?,四大基本力中,只有弱相互作用力對(duì)中微子有效。
由于弱相互作用力不是長(zhǎng)程力,其作用范圍僅限于原子核內(nèi)的夸克層面,這就意味著,只有中微子撞上了夸克,它才會(huì)被阻止。這個(gè)難度有多高呢?我們接著看。
上圖表示了原子內(nèi)部的基本構(gòu)造,由圖可知,夸克是目前已知的組成原子核的最小粒子。需要指出的是,上圖中的比例是錯(cuò)誤的,實(shí)際上原子的內(nèi)部相當(dāng)?shù)目諘?,有多空曠呢?我們可以拿太?yáng)來(lái)舉例。
上圖是太陽(yáng)系內(nèi)主要天體的比較真實(shí)的比例圖,可以看到地球在太陽(yáng)面前小得可憐,但假如將組成太陽(yáng)的原子中原子核與電子之間的空間全部擠掉,那么太陽(yáng)的直徑就會(huì)縮小到10多公里,這比地球的直徑還要小1000倍!
然而即使將直徑縮小到10多公里,太陽(yáng)的內(nèi)部還是有很大的空間,研究表明,組成質(zhì)子和中子的夸克之間的距離,通常都是夸克直徑的上萬(wàn)倍。
現(xiàn)在我們就可以大概地描述一下原子內(nèi)部的空曠程度了,假如把中微子比作一個(gè)直徑1厘米的小球,那么按比例來(lái)講原子就是一個(gè)直徑為100億米的球體,而夸克就是位于這個(gè)巨大球體中心的,直徑為1米的小球。由此可見(jiàn),中微子撞上夸克的概率,實(shí)在是微乎其微。
通過(guò)以上的認(rèn)識(shí),我們可以清楚地了解到,中微子的穿透力為何這么強(qiáng)。同時(shí),我們也可以分析出,阻止中微子的方法,就是極大地提高物質(zhì)的密集程度。
在宇宙中,中子星的密度是非常高的,但因?yàn)榻M成中子星的中子內(nèi)部,還有較大的空間可供中微子穿過(guò),所以中微子還是有很大的概率穿過(guò)中子星的。因此,要有效地阻擋中微子,還需要密度更大的天體。
看到這里,想必大家都應(yīng)該會(huì)想到黑洞了吧?是的,作為宇宙中最恐怖的天體,即使是光都無(wú)法逃過(guò)黑洞的“魔爪”,中微子當(dāng)然也逃不出去。
事實(shí)上,科學(xué)家推測(cè)宇宙中可能還存在一種天體,它的密集程度介于中子星與黑洞之間,幾乎全由緊緊挨著的夸克組成。如果這種天體真的存在,那么阻擋中微子這種小事,就不需要黑洞這個(gè)宇宙中的“老大”親自出馬了。
好了,今天我們就先講到這里,歡迎大家關(guān)注我們,我們下次再見(jiàn)`
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