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说科学|我已过万年,对你 却只是瞬间-中微子之歌(上)

2020-11-29 00:29:26

本篇说科学,建议小学三年级以上孩子自主阅读,以下孩子家长辅助解读,共同帮孩子一起科学阅读。


嗖~

没任何犹豫 和 羁绊

就在爆炸的瞬间 

你带着重大机密

轻快飞离 那火热的家园


当你出发时

正瞧见那些本该更快的光子

和其他微粒尘埃 撞作一片 

你回眸一笑 掠过它们的纠缠

这倒霉的光子哟

只好 一路把你苦苦追赶


旅途漫漫


斜穿无垠宇宙的黑暗

横贯众多炽热的星团


挤过坚硬的地球

穿梭于人类的各种建筑构件


人类猜测到你的存在

却久久 不能看见


人类设计各种仪器

尝试让你留下一丝波澜


你穿壁而入

悄然进出那个深埋地下的金属密闭水罐

安静如斯 

却又故意拍开 水纹点点

人类惊觉 狂喜

而你 早已瞬息万里 飞得遥远


人类说

你一路辛苦 走了万年

你一脸懵懂

说离开家园 那只是昨天


不解吗?

去问问爱因斯坦

刚走的霍金 或者费曼


也可以

继续看看 

理爸怎么解读 自己的诗篇



01


普遍而又神奇的微中子


中微子,这个神秘的物质其实就是一种基本的物质粒子。但是因为它特有一些奇怪特性(不带电,质量极小,与其他物质的相互作用十分微弱),使得它几乎不和任何碰到的物质、微粒相互作用,所以,可以轻松穿过象太阳这样的恒星表面、地球整体球体、我们的建筑,甚至我们的身体。

事实上,中微子在自然界中非常普遍,每秒钟会有1000万亿个来自太阳的中微子穿过每个人的身体。

甚至在夜晚,太阳位于地球另一边时,我们看不到太阳,也有同样数量的中微子从太阳出发,穿过整个地球,然后穿过我们每个人的身体。原因很简单,因为中微子可以轻松穿过一切。


02


轻快的微中子

轻快,就是身体轻,飞行快。

这是两个特点,却是完全相关的。

中微子的身体非常的轻,轻到什么程度那?

曾经科学家猜测,中微子是没有质量的(就是相当于说它是没有重量的)。

当然后来科学家确认,中微子也是有非常非常微小非常微小的一点点质量。具体是多少那?现在还没有测量出来。


因为身体轻,所以飞起来非常非常的快。

快到什么程度那?曾经的科学家测算出来吓了一跳,说怎么测量出来的速度快过光速了?

为什么说快过光速的速度吓了科学家们自己一跳那?

因为伟大的爱因斯坦的伟大的相对论理论中伟大的提到:光是没有质量的(就是完全完全没有质量),跑的也是最快最快,每秒可以跑30万公里(想想看这个速度,吓人不?),不会有任何物质、任何的信息传递速度可以超过光速的。这个是相对论理论的基础。

正因为这个原因,当初测量分析后,说中微子这个神秘物质跑的比光快,的的确确吓到科学家了。

当然,最后分析出来,结果是:中微子的质量不是0,有那么一点点质量(也可以说是重量的),飞行速度嘛,也没有比光速快,相反,是比光速慢一点点(真的只是慢一点点)。

具体这个分析是怎么做的那?我们迟一点会讲到一点。一点都不复杂哦。耐心看下去。

03


爆炸中诞生,带着秘密


中微子大量产生于太阳这样的恒星的内部的剧烈反应,和超新星这种特殊星体爆发时,以及宇宙中其它物理过程中。

因此对中微子的研究分析,可以帮助我们了解非常多的宇宙秘密,比如:恒星内部的结构、超新星的发展演化,甚至宇宙深处遥远的地方、遥远的从前发生过什么。

回过来看看前面诗的前面第一段:

嗖~

没任何犹豫 和 羁绊

就在爆炸的瞬间 

你带着重大机密

轻快飞离 那火热的家园

就容易理解了吧?

首先中微子几乎不和碰到的任何物质作用,所以可以第一时间轻松的飞离那个恒星或者超新星的爆炸现场。

它轻快的飞离,带着可以帮助我们研究宇宙的秘密信息。


04


和光的速度的比较分析

如前面说的,曾经科学家分析出来中微子居然比光速还快。这是怎么回事那?

下面我来描述一下整个过程。

描述之前,我需要特别提醒的一点是:

孩子们,我希望你们现在和以后阅读中,都要边阅读边思考,看看是不是可以找到反驳的理由,而不是总是轻松接受任何一个老师、家长、专家告诉你的结论。


1987年,一颗强大的超新星(名字叫做超新星SN 1987A产生的大量光和中微子涌向地球。中微子探测器观察到这种微粒比光早到大约3小时,所以就有人分析说,中微子比光跑得快。

孩子们,你们觉得这样的分析合理不?


一般认为都是合理的。

但是,一部分科学家找到了另外的原因:虽然中微子和光子(就是组成光的小微粒)同时出生,但是,中微子比光子早出发。为什么那?

原因我们上面提到了,很简单:

中微子几乎不和碰到的任何物质作用,所以可以第一时间轻松的飞离那个恒星或者超新星的爆炸现场。

而光子不能。

光子需要先和爆炸现场的各种微粒碰撞好一会儿,才能勉强挤出星星表面,开始正式以宇宙最快速度——光速——飞速启程。

所以:

虽然中微子和光子同时产生,虽然中微子比光子跑得慢,却一路领先,直到到达地球,依然早到了3个小时。

是不是有点象我们都熟悉的“龟兔赛跑”的寓言故事呀? 跑得快的光子就是那只兔子;早出发的中微子就是故事中的乌龟,虽然慢,却赢得了比赛。


现在,再回头看看第二段诗,应该也容易理解了:


当你出发时

正瞧见那些本该更快的光子

和其他微粒尘埃 撞作一片 

你回眸一笑 掠过它们的纠缠

这倒霉的光子哟

只好 一路把你苦苦追赶



05


漫长的旅程,无休止的穿过

前面提到的从超新星SN 1987A出发的中微子,一路飞奔而来。

到了地球时候,已经跑了16万多年。

这是因为这颗超新星距离地球的距离是16万光年,就是说光的速度需要跑16万年,所以,比光速度慢一点点的中微子,至少也需要跑比16万年多一点点。

16万年来,一路飞奔,一路穿过,穿过星辰、穿过地球、穿过人类建筑,以及穿过人类的身体。

诗的第三段,写的就是这个不知疲倦的小精灵:


旅途漫漫


斜穿无垠宇宙的黑暗

横贯众多炽热的星团


挤过坚硬的地球

穿梭于人类的各种建筑构件


还有一半,关于

人类怎么觉察到中微子的存在

中微子那么多,为什么那么难观察到

科学家怎么测量到的中微子

以及为什么我们经历的万年,中微子看来只是一天,甚至更短?


下期继续。


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关于文妈理爸

文妈理爸是搭档,不是一家。


文科妈妈中文系,爱阅读,爱写作,曾在媒体行业摸爬滚打。文科妈有俩娃:木耳和耳朵,一个9岁一个15个月,一个女孩一个男孩。在日后的推文中,文科妈妈将结合中文专业及俩娃差异化阅读的实战,跟大家分享阅读经验。

理科爸爸,自称“胆儿肥”的杂家,育有一9岁甜心梓涵。理科爸爸先后在船舶设计与制造及计算机科学专业就读并先后从业,在专业领域漂泊了几年后,为更好陪伴女儿成长,创立“拼班儿”平台,在幼儿英文教育、儿童编程课程等方向有独到见解。


不务正业,唯好读杂书;仅半瓶酸酒,却好四处卖弄。


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