小小的中微子在宇宙中扮演著非常重要的角色。
大家知道,太陽每時每刻在向周圍空間釋放著巨大的能量。這些能量來源於太陽內部劇烈的核聚變。在太陽內部高溫、高壓的條件下,每4個氫原子核(即質子),經過一係列的熱核聚變反應後,生成1個氦原子核,同時放出2個正電子和2個中微子。在這個過程中,氫原子核的質量有671%轉變為能量釋放出來。地球是距太陽比較近的一顆行星,從太陽那裏可以獲得大量的能量。根據科學家們的計算知道,與太陽光垂直的地球表麵,每秒鍾每平方厘米可以吸收的太陽能量達712焦。依此可以推知,太陽每秒鍾輻射出的能量達378×1026焦,這其中有36×1038個氫原子核被消耗了。在氫原子核發生聚變時,每秒鍾產生的中微子數達到18×1038個。地球與太陽之間的距離約為14億千米,不難算出,地球表麵每秒鍾每平方厘米可以接收到來自太陽的中微子數是66×1010個。浩瀚的太空,像太陽這樣的恒星不計其數,每顆恒星都是一個龐大的中微子源。可見宇宙間充滿著大量的中微子。
科學家們通過幾十年對中微子的研究,找到了一條探索宇宙、認識天體的重要途徑。眾所周知,太陽和人類之間有著密切的關係,她給人類帶來了溫暖和光明,為人類提供了取之不盡、用之不竭的能源。沒有太陽也就沒有人類,因此,認識和掌握太陽的運動規律,對於人類的生存與發展至關重要。
然而,太陽距離地球那麼遙遠,太陽表麵的溫度又高達6000多攝氏度,任何探測裝置都無法接近它。這樣,人們隻能通過觀測太陽發射出的各種不同能量的光子和中微子,來認識與了解太陽運動的情況。
光子具有很強的穿透能力,因此很容易穿過星際空間,飛向四麵八方。但是,在太陽的內部,情況就不同了。那些高溫、高壓、高質量的物質阻礙著光子,它的運動真是舉步維艱。
由於光子在前進中不斷與粒子碰撞,運動方向不斷改變,光子從太陽的中心部分跑到太陽的表麵,大約需要經曆1000萬年的時間。因此,通過光子人們隻能認識太陽表麵的情況,對於太陽內部,人們還無法了解到。
然而,中微子的存在正好為我們提供了一種認識太陽的工具。太陽內部核反應中產生的大量中微子,具有極強的穿透本領。它從地球一側進入,從另一側穿出可以說不費吹灰之力。中微子從太陽中心部分到達太陽的表麵也不過幾秒鍾,人們借助中微子可以了解太陽內部許多重要信息。
另外,就人類目前所能觀測到的範圍內,像銀河係這樣的星係已多達10億個。這些星係的存在有一個共同的特征,也就是它們往往聚結成團,像人們已經認識的雙星係、多重星係、星係團等。組成這些星係團的每個星係,它們都以各自不同的速度朝著不同的方向運動。如果它們之間不存在著強大的吸引力,久而久之必然會離散開。可時至今日它們並沒有分散開,依舊相依共存。科學家們通過計算發現,將組成星係團的各個星係的質量加在一起,不足以產生這樣巨大的吸引力。那麼缺少的那部分質量來自什麼地方呢?為此科學家們指出,隻要中微子的質量不為零,哪怕隻有相當於幾個電子的質量,由於中微子數量非常可觀,它們的質量之和還是非常巨大的。如果加上這些質量,這個難題便很容易得到解決了。
長期以來,人們觀測到的宇宙在不斷地向外膨脹著。離地球最遙遠的星係或者一些星體,它們以驚人的速度遠離我們而去,其離去的速度高達每秒27萬千米,相當於光速的90%。整個宇宙能夠這樣無休止地膨脹下去嗎?這是科學家們一直在思考的問題。
對此的回答,始終存在著兩種截然不同的看法。一些人認為,宇宙是“開放式”的,它將無限製地膨脹下去,宇宙是無邊際的。也有人則認為宇宙是“封閉式”的,宇宙經曆著膨脹→收縮→再膨脹→再收縮……這樣反複交替地變化過程,也就是說,宇宙所經曆的是一種振蕩著的過程。