宇宙之“大”,大到我們無法想象,而宇宙的“小”也同樣精彩絕倫。比如說在微觀世界裡,有一種被稱為“中微子”的基本粒子,其種種表現就可以讓我們歎為觀止。
中微子的品質和體積都非常的小,但是它們在宇宙中的數量又極為龐大,而最讓人吃驚的是中微子擁有的穿透力。事實上,每秒鐘都有億萬箇中微子直接穿過我們的身體,但是我們卻毫不知情,也不會受到任何傷害。
但中微子的穿透能力卻遠不止如此,科學家告訴我們,中微子可以輕鬆地穿過10億個地球,因為根據計算機的模擬結果,中微子在穿過整個地球的過程中,被地球擋住的概率大約只有100億分之1。
也就是說,100億個地球才可以勉強擋住一箇中微子!很顯然,我們不可能找到100億個地球,更不可能將它們重疊在一起,那麼,中微子的穿透力如此的厲害,宇宙中還有什麼天體能阻擋它?
要搞清楚這個問題,我們需要先了解一下這其中的原理。
在微觀世界中,電子已經是很小的基本粒子了,但中微子卻比電子還小,相關資料顯示,中微子的品質通常只有電子的幾十萬分之一,有些中微子的品質甚至只有電子的幾百萬分之一。相應的,中微子的體積也很小,其直徑通常都在(10^-20)米以內,這比電子的直徑小了5個數量級。
除了小以外,中微子還有另外的“配置”,強相互作用力和電磁力都對它沒有任何效果,而因為它的品質極小,所以引力對它的作用也基本上可以忽略不計。可以看到,四大基本力中,只有弱相互作用力對中微子有效。
由於弱相互作用力不是長程力,其作用範圍僅限於原子核內的夸克層面,這就意味著,只有中微子撞上了夸克,它才會被阻止。這個難度有多高呢?我們接著看。
上圖表示了原子內部的基本構造,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,上圖中的比例是錯誤的,實際上原子的內部相當的空曠,有多空曠呢?我們可以拿太陽來舉例。
上圖是太陽系內主要天體的比較真實的比例圖,可以看到地球在太陽面前小得可憐,但假如將組成太陽的原子中原子核與電子之間的空間全部擠掉,那麼太陽的直徑就會縮小到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,太陽的內部還是有很大的空間,研究表明,組成質子和中子的夸克之間的距離,通常都是夸克直徑的上萬倍。
現在我們就可以大概地描述一下原子內部的空曠程度了,假如把中微子比作一個直徑1釐米的小球,那麼按比例來講原子就是一個直徑為100億米的球體,而夸克就是位於這個巨大球體中心的,直徑為1米的小球。由此可見,中微子撞上夸克的概率,實在是微乎其微。
通過以上的認識,我們可以清楚地了解到,中微子的穿透力為何這麼強。同時,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的密集程度。
在宇宙中,中子星的密度是非常高的,但因為組成中子星的中子內部,還有較大的空間可供中微子穿過,所以中微子還是有很大的概率穿過中子星的。因此,要有效地阻擋中微子,還需要密度更大的天體。
看到這裡,想必大家都應該會想到黑洞了吧?是的,作為宇宙中最恐怖的天體,即使是光都無法逃過黑洞的“魔爪”,中微子當然也逃不出去。
事實上,科學家推測宇宙中可能還存在一種天體,它的密集程度介於中子星與黑洞之間,幾乎全由緊緊挨著的夸克組成。如果這種天體真的存在,那麼阻擋中微子這種小事,就不需要黑洞這個宇宙中的“老大”親自出馬了。