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中微子可以輕鬆地穿過10億個地球,宇宙中還有什麼天體能阻擋它?

宇宙之「大」, 大到我們無法想像, 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。

中微子的質量和體積都非常的小, 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, 每秒鐘都有億萬個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, 因為根據電腦的類比結果, 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個中微子!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,

我們需要先瞭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, 中微子的質量通常只有電子的幾十萬分之一, 有些中微子的質量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, 而因為它的質量極小, 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, 其作用范圍僅限於原子核內的誇克層面, 這就意味著, 只有中微子撞上了誇克, 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, 誇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, 組成質子和中子的誇克之間的距離, 通常都是誇克直徑的上萬倍。

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,而誇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,中微子撞上誇克的概率,實在是微乎其微。

通過以上的認識,我們可以清楚地瞭解到,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誇克組成。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。

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,而誇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,中微子撞上誇克的概率,實在是微乎其微。

通過以上的認識,我們可以清楚地瞭解到,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誇克組成。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。

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