作业帮if中微子超光速意味着什么?
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：物理作业 时间：2024/11/06 08:56:17
if中微子超光速意味着什么?
如果中微子是通过虫洞走捷径或是绕远路又能说明什么？......居然有人答非所问，好好学学语文吧—
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一、《2012》的隐形主角——中微子
美国好莱坞灾难大片《2012》最近在我国各地隆重上映.由于影片画面震撼心灵,同时又植入了中国元素,因而受到了国人的普遍青睐,不到一个月票房收入就达数亿元.在这部影片中,有一个隐形主角,引起了人们的广泛争论和惶恐.它,就是幽灵般的被导演赋予了无比威力的制造了地球毁灭灾难的中微子.
导演罗兰•艾默里奇在影片中设定,2012年,太阳活动突然加剧,释放出大量的太阳中微子.地核被太阳中微子急剧加热,大量熔岩溢出造成大陆板块漂移加速,从而引起剧烈的地震和火山爆发,并导致超级大海啸,陆地几乎全部被淹,由是演义出了一系列惊心动魄的故事.对于影片的这种设定,除了少数人将信将疑,诚惶诚恐之外,多数人认为完全是没有科学根据的无稽之谈.
然而,无独有偶.早在十多年前,笔者就在所著《中微子地球演化说》（武汉测绘科技大学出版社1999年出版）一书中提出了中微子可以加热地核驱动板块运动的论断.该书的基本观点为：太阳的核聚变在不停地向四周发射中微子,一些太阳中微子进入地球内部,与地球物质作用,导致地核熔化,形成了地球内部的圈层构造,推动地核液体流动、产生地磁场、驱动板块运动（大陆漂移）,造成地震和火山爆发等一系列地球演化.
那么,中微子到底是一种什么物质呢?它果真能够深入到几千公里以下的地核为其加热吗?
二、中微子的身世
1930年,奥地利物理学家泡利为了解释中子在衰变成质子和电子（β衰变）时,能量出现亏损的问题,提出了一个猜想,认为是一种不可探测的中性粒子带走了能量.这种粒子随后被意大利物理学家费米叫做“中微子”,以区别于中子.费米利用泡利的这个猜想成功地建立了β衰变理论,于是中微子很快被广泛接受.但是,由于中微子不带电、静止质量为零,穿透力极强,据估算,它们可以轻而易举地穿透地球,因此,探测中微子十分困难.最后,经过包括我国物理学家王淦昌在内的多国科学家多年的共同努力,终于证明了中微子的存在.
1960年代初,美国科学家巴卡尔提出了一个太阳发光的标准模型,定量计算出太阳上发生的各种聚变反应所辐射出来的能量（包括中微子携带的能量）.为了验证巴卡尔提出的太阳模型,美国化学家戴维斯领导一个小组来测量太阳核聚变中产生的中微子.他将600吨含氯的工业溶剂置于3000米深的地下废弃金矿中,通过化学方法探测太阳中微子.按照标准模型,平均一天多点的时间可以探测到一个太阳中微子.然而,在30年中,戴维斯总共才探测到约2000个太阳中微子,不到理论预测的三分之一.这就是有名的太阳中微子失踪案.
为了解释太阳中微子失踪事件,有人认为中微子发生了振荡.当时,人们已经发现,中微子共有三钟,即电子中微子、陶子中微子和缪子中微子.中微子振荡理论认为,太阳发出的电子中微子在飞往地球的途中,一部分变成了探测不到的陶子中微子或缪子中微子. 后来日本科学家小柴昌俊等人用实验间接地证明了中微子振荡存在.
但是,直到目前,人们对中微子的研究还处在初级阶段,中微子的神秘面纱还远远没有被掀开.对于中微子是否有质量?如果有质量,那么各种中微子的质量是多少?中微子到底有没有磁矩?等等,目前人们还不能做出完全肯定的回答.
三、中微子可以为地球加热吗?
虽然中微子能够深入地核,有加热地核的条件,但是按照传统观点,中微子能够毫不费力地穿透地球,不可能给地核加热.这既有理论的计算,又有实验的证明.对此,笔者另有看法!
首先,中微子并非只参与弱相互作用.中微子与反中微子泯灭,可释放大量能量；中微子与电子碰撞,会将一部分能量传递给电子；中微子在海水中传播,还会产生契伦科夫辐射,发出亮光；等等.其次,人们在研究中微子的老大哥——中子时发现,有关中子的研究既有理论与实验相符的,也有许多理论与实验不相符的.如,按照理论计算,速度快的中子比速度慢的中子更易与物质作用,可实际情况恰恰相反!快中子穿透力强,反而与物质作用弱；慢中子与物质作用的强度比快中子强百倍!目前关于中微子研究的实验是十分有限的,我们不能用极少的与理论相符的实验来禁锢自己的大脑.数百吨抑或数千吨实验物质不与中微子反应,也不能断定整个地球不与中微子作用.更何况地球内部物质的形态（有的处于等离子状态）、所处的高压和高温环境等,与地球表面的实验物质极不相同!
所以,我们不能被现有的关于中微子的不完善的理论所禁锢,中微子加热地球非常可能!
地球物理学家探测发现,地球从外到里分别是地壳、软流层、地幔、外核和内核,呈圈层结构.那么,地球内部为什么会形成圈层构造?外核为什么是液体状态呢?对于这些,传统理论还不能做出恰当的解释.其实,这些都是中微子造成的.
大家知道,地球大气层也是分层结构.其形成原因是各种宇宙射线和不同频率的太阳辐射,分别在不同的高度与大气物质作用的结果.高层大气物质吸收带电的粒子形成电离层,吸收紫外线形成臭氧层；在靠近地表的底层,大气吸收可见光和红外线,形成对流层等等.大气的圈层构随着宇宙线和太阳光的强弱而发生起伏变化.有些次一级的层在夜晚没有太阳辐射就会消失.因此,如果没有宇宙射线和太阳辐射的维持 , 大气分子的热运动将导致大气层逐渐变成均匀体 , 大气的圈层结构就会消失.
同样地,地球内部圈层结构也是靠外部中微子输入能量维持的.来自太阳的快中微子不能被地球物质吸收.但是,当快中微子进入地球后 , 就被地球物质散射、减速而消耗能量 , 慢慢地就变成频率或速度与原子核中的中微子相近的慢中微子,最后被地球物质吸收,并释放能量.由于太阳中微子的速度 ( 能量 ) 不同 ,所以它们被减速、吸收的位置和形成的热效应也不一样 , 于是就形成了地球内部的圈层结构.少量太阳中微子能量较低,经过岩石圈减速就变成了慢中微子,并与岩石圈以下的物质作用,释放一定能量,使少量物质熔融,形成软流层.多数快中微子必须经过整个岩石圈和地幔才能被减速成慢中微子,在地表以下 2900 至5050 公里处被吸收,释放巨大能量,导致物质熔融,形成液态外核.液态外核产生磁场,进一步加剧中微子的减速和吸收,释放更大的能量,这个能量又加剧了外核的熔融.
四、中微子加热地球的证据
第一个直接证据是洋壳的变化.物理学家早就发现,在透明物体中运动的粒子,如果其运动速度大于光在在该物体中的运动速度,就会产生契伦科夫辐射,消耗能量.地球上有大片海洋,海水基本是透明的,中微子在海洋中的运动速度与光速相当,大于光在海水中的传播速度（光在海水中的传播速度只有其在空中传播的75%）.这样,中微子进入海洋后,除了被物质的原子与电子等散射外,还要产生契伦科夫辐射,额外消耗能量.因此,中微子在大洋下面应该先于在陆地下面变成慢中微子,也就是说,中微子大洋下面被吸收的距离应该小于其在陆地下面被吸收的距离.事实正是如此!经过地球物理学家探测,地壳在陆地的厚度为35公里左右,在大洋只有约8公里.地壳下面是近似液体状的软流层,为中微子被大幅度吸收的第一处.海洋的平均深度大约3公里,这就是说,3公里深的海水对中微子的减速相当于27公里厚的陆地!
第二个有力证据是环形山.地下2900至5050公里深处的外核,是液态,为中微子最大被吸收处.也就是说中微子需要穿过2900公里厚的物质才开始被大幅度吸收.如果我们忽略天体的密度,那么,如果某一天体的直径正好在2900至5050公里之间,那么可以预见,中微子从一侧进入天体,就会在另一侧的表面与物质发生作用,引起天体表面物质熔融,从而在该天体的表面留下痕迹.
考查太阳系各个天体,我们发现,水星、月球等天体的直径正好处在这个范围.而这些天体表面最显著的特点就是都存在大量的环形山.目前,科学家把月球上的环形山说成是撞击或火山爆发形成的.这一说法无论如何也解释不了直径达数百公里和直径只有数厘米的环形山是如何形成的；更解释不了月球上环形山中套环形山比比皆是的现象.因为根据计算,两颗陨石撞击天体同一地方的几率几乎为零.
其实,环形山也是太阳中微子的杰作.月球的直径3474公里,当太阳中微子从月球的一面进入月球,经过月球内部物质的散射、减速,到达另一面时,就会被月球表面物质吸收,并释放热量,致使月表物质熔融. 熔融物质向下渗透,引起表面物质坍陷,于是就形成了所谓的环形山构造.由于太阳和月球的运动,中微子的辐射不可能在某一地点保持不变,当太阳和月球的位子发生变化后,原来发生熔融地方的中微子辐射就会减少,这时此处物质对中微子的吸收便逐渐终止,熔融的物质也开始凝固.然而,经过一个周期后,太阳和月球又会回到原来的相对位置,于是太阳中微子又在此处被物质吸收放热,导致物质熔融,并再次引起表面物质坍陷,如此反复多次,就在月球表面形成了许多同心环结构.
五、我们的脚下踩着定时炸弹
由于太阳中微子在不停地给地核加热,经过更长时间的热量积累,它可能造成地热流加大,使地表升温以及导致地震和火山爆发更加频繁.地质学家早就发现,地球历史上曾有过多次周期性的地震和火山集中爆发的现象.据研究,大约2.6亿年前的二叠纪时期,当时还是一片浅海的峨眉山,曾发生过一场规模空前的玄武岩火山喷发.火山在瞬间释放了25万平方公里的熔岩,面积相当于五个英国威尔士.总体积高达50万立方公里的熔岩,当时引起了巨大的环境灾难,从而毁灭了全球超过90%的海洋生物以及超过70%的陆地物种.直到今天,在四川、贵州、云南等地还有大量的火山岩分布.还有人认为,6500万年前的白垩纪,南亚次大陆德干高原的一次大规模的火山爆发,则可能是导致恐龙灭绝的原因.
所以,在我们的脚下,地球的深部,正在不断地聚集着能量,当这种能量聚集到一定程度后,就有可能再一次地出现大规模地火山爆发或地震,重演地质历史上曾经出现过的大灾难!
虽然如此,但是有关2012年地球会被太阳中微子所毁灭的说法则是不可信的!首先,这种灾难既是必然会发生的,又是不可预测的；其次,当地核被中微子加热到一定的程度,能量就会从地壳的薄弱部分,如板块交界处,以地震和火山的形式释放出来.这种释放有可能造成地球局部的大灾难,但是不足以毁灭整个地球.
目前,科学家对地球内部的研究还很肤浅.通过仪器测量分析发现,地球内部正在发生着变化,如地核在变软,固体内核在转快,地磁场也在变化等等.但是,这些变化的动力因素是什么,会不会给人来带来灾难,仍是见仁见智,众说纷纭.
《2012》这部影片好就好在能够给人们以警醒,激起科学家和公众对地球内部事物的关心,及早研究发现导致地球内部变化真正因素,从而避免灾难的发生.
美国好莱坞灾难大片《2012》最近在我国各地隆重上映.由于影片画面震撼心灵,同时又植入了中国元素,因而受到了国人的普遍青睐,不到一个月票房收入就达数亿元.在这部影片中,有一个隐形主角,引起了人们的广泛争论和惶恐.它,就是幽灵般的被导演赋予了无比威力的制造了地球毁灭灾难的中微子.
导演罗兰•艾默里奇在影片中设定,2012年,太阳活动突然加剧,释放出大量的太阳中微子.地核被太阳中微子急剧加热,大量熔岩溢出造成大陆板块漂移加速,从而引起剧烈的地震和火山爆发,并导致超级大海啸,陆地几乎全部被淹,由是演义出了一系列惊心动魄的故事.对于影片的这种设定,除了少数人将信将疑,诚惶诚恐之外,多数人认为完全是没有科学根据的无稽之谈.
然而,无独有偶.早在十多年前,笔者就在所著《中微子地球演化说》（武汉测绘科技大学出版社1999年出版）一书中提出了中微子可以加热地核驱动板块运动的论断.该书的基本观点为：太阳的核聚变在不停地向四周发射中微子,一些太阳中微子进入地球内部,与地球物质作用,导致地核熔化,形成了地球内部的圈层构造,推动地核液体流动、产生地磁场、驱动板块运动（大陆漂移）,造成地震和火山爆发等一系列地球演化.
那么,中微子到底是一种什么物质呢?它果真能够深入到几千公里以下的地核为其加热吗?
二、中微子的身世
1930年,奥地利物理学家泡利为了解释中子在衰变成质子和电子（β衰变）时,能量出现亏损的问题,提出了一个猜想,认为是一种不可探测的中性粒子带走了能量.这种粒子随后被意大利物理学家费米叫做“中微子”,以区别于中子.费米利用泡利的这个猜想成功地建立了β衰变理论,于是中微子很快被广泛接受.但是,由于中微子不带电、静止质量为零,穿透力极强,据估算,它们可以轻而易举地穿透地球,因此,探测中微子十分困难.最后,经过包括我国物理学家王淦昌在内的多国科学家多年的共同努力,终于证明了中微子的存在.
1960年代初,美国科学家巴卡尔提出了一个太阳发光的标准模型,定量计算出太阳上发生的各种聚变反应所辐射出来的能量（包括中微子携带的能量）.为了验证巴卡尔提出的太阳模型,美国化学家戴维斯领导一个小组来测量太阳核聚变中产生的中微子.他将600吨含氯的工业溶剂置于3000米深的地下废弃金矿中,通过化学方法探测太阳中微子.按照标准模型,平均一天多点的时间可以探测到一个太阳中微子.然而,在30年中,戴维斯总共才探测到约2000个太阳中微子,不到理论预测的三分之一.这就是有名的太阳中微子失踪案.
为了解释太阳中微子失踪事件,有人认为中微子发生了振荡.当时,人们已经发现,中微子共有三钟,即电子中微子、陶子中微子和缪子中微子.中微子振荡理论认为,太阳发出的电子中微子在飞往地球的途中,一部分变成了探测不到的陶子中微子或缪子中微子. 后来日本科学家小柴昌俊等人用实验间接地证明了中微子振荡存在.
但是,直到目前,人们对中微子的研究还处在初级阶段,中微子的神秘面纱还远远没有被掀开.对于中微子是否有质量?如果有质量,那么各种中微子的质量是多少?中微子到底有没有磁矩?等等,目前人们还不能做出完全肯定的回答.
三、中微子可以为地球加热吗?
虽然中微子能够深入地核,有加热地核的条件,但是按照传统观点,中微子能够毫不费力地穿透地球,不可能给地核加热.这既有理论的计算,又有实验的证明.对此,笔者另有看法!
首先,中微子并非只参与弱相互作用.中微子与反中微子泯灭,可释放大量能量；中微子与电子碰撞,会将一部分能量传递给电子；中微子在海水中传播,还会产生契伦科夫辐射,发出亮光；等等.其次,人们在研究中微子的老大哥——中子时发现,有关中子的研究既有理论与实验相符的,也有许多理论与实验不相符的.如,按照理论计算,速度快的中子比速度慢的中子更易与物质作用,可实际情况恰恰相反!快中子穿透力强,反而与物质作用弱；慢中子与物质作用的强度比快中子强百倍!目前关于中微子研究的实验是十分有限的,我们不能用极少的与理论相符的实验来禁锢自己的大脑.数百吨抑或数千吨实验物质不与中微子反应,也不能断定整个地球不与中微子作用.更何况地球内部物质的形态（有的处于等离子状态）、所处的高压和高温环境等,与地球表面的实验物质极不相同!
所以,我们不能被现有的关于中微子的不完善的理论所禁锢,中微子加热地球非常可能!
地球物理学家探测发现,地球从外到里分别是地壳、软流层、地幔、外核和内核,呈圈层结构.那么,地球内部为什么会形成圈层构造?外核为什么是液体状态呢?对于这些,传统理论还不能做出恰当的解释.其实,这些都是中微子造成的.
大家知道,地球大气层也是分层结构.其形成原因是各种宇宙射线和不同频率的太阳辐射,分别在不同的高度与大气物质作用的结果.高层大气物质吸收带电的粒子形成电离层,吸收紫外线形成臭氧层；在靠近地表的底层,大气吸收可见光和红外线,形成对流层等等.大气的圈层构随着宇宙线和太阳光的强弱而发生起伏变化.有些次一级的层在夜晚没有太阳辐射就会消失.因此,如果没有宇宙射线和太阳辐射的维持 , 大气分子的热运动将导致大气层逐渐变成均匀体 , 大气的圈层结构就会消失.
同样地,地球内部圈层结构也是靠外部中微子输入能量维持的.来自太阳的快中微子不能被地球物质吸收.但是,当快中微子进入地球后 , 就被地球物质散射、减速而消耗能量 , 慢慢地就变成频率或速度与原子核中的中微子相近的慢中微子,最后被地球物质吸收,并释放能量.由于太阳中微子的速度 ( 能量 ) 不同 ,所以它们被减速、吸收的位置和形成的热效应也不一样 , 于是就形成了地球内部的圈层结构.少量太阳中微子能量较低,经过岩石圈减速就变成了慢中微子,并与岩石圈以下的物质作用,释放一定能量,使少量物质熔融,形成软流层.多数快中微子必须经过整个岩石圈和地幔才能被减速成慢中微子,在地表以下 2900 至5050 公里处被吸收,释放巨大能量,导致物质熔融,形成液态外核.液态外核产生磁场,进一步加剧中微子的减速和吸收,释放更大的能量,这个能量又加剧了外核的熔融.
四、中微子加热地球的证据
第一个直接证据是洋壳的变化.物理学家早就发现,在透明物体中运动的粒子,如果其运动速度大于光在在该物体中的运动速度,就会产生契伦科夫辐射,消耗能量.地球上有大片海洋,海水基本是透明的,中微子在海洋中的运动速度与光速相当,大于光在海水中的传播速度（光在海水中的传播速度只有其在空中传播的75%）.这样,中微子进入海洋后,除了被物质的原子与电子等散射外,还要产生契伦科夫辐射,额外消耗能量.因此,中微子在大洋下面应该先于在陆地下面变成慢中微子,也就是说,中微子大洋下面被吸收的距离应该小于其在陆地下面被吸收的距离.事实正是如此!经过地球物理学家探测,地壳在陆地的厚度为35公里左右,在大洋只有约8公里.地壳下面是近似液体状的软流层,为中微子被大幅度吸收的第一处.海洋的平均深度大约3公里,这就是说,3公里深的海水对中微子的减速相当于27公里厚的陆地!
第二个有力证据是环形山.地下2900至5050公里深处的外核,是液态,为中微子最大被吸收处.也就是说中微子需要穿过2900公里厚的物质才开始被大幅度吸收.如果我们忽略天体的密度,那么,如果某一天体的直径正好在2900至5050公里之间,那么可以预见,中微子从一侧进入天体,就会在另一侧的表面与物质发生作用,引起天体表面物质熔融,从而在该天体的表面留下痕迹.
考查太阳系各个天体,我们发现,水星、月球等天体的直径正好处在这个范围.而这些天体表面最显著的特点就是都存在大量的环形山.目前,科学家把月球上的环形山说成是撞击或火山爆发形成的.这一说法无论如何也解释不了直径达数百公里和直径只有数厘米的环形山是如何形成的；更解释不了月球上环形山中套环形山比比皆是的现象.因为根据计算,两颗陨石撞击天体同一地方的几率几乎为零.
其实,环形山也是太阳中微子的杰作.月球的直径3474公里,当太阳中微子从月球的一面进入月球,经过月球内部物质的散射、减速,到达另一面时,就会被月球表面物质吸收,并释放热量,致使月表物质熔融. 熔融物质向下渗透,引起表面物质坍陷,于是就形成了所谓的环形山构造.由于太阳和月球的运动,中微子的辐射不可能在某一地点保持不变,当太阳和月球的位子发生变化后,原来发生熔融地方的中微子辐射就会减少,这时此处物质对中微子的吸收便逐渐终止,熔融的物质也开始凝固.然而,经过一个周期后,太阳和月球又会回到原来的相对位置,于是太阳中微子又在此处被物质吸收放热,导致物质熔融,并再次引起表面物质坍陷,如此反复多次,就在月球表面形成了许多同心环结构.
五、我们的脚下踩着定时炸弹
由于太阳中微子在不停地给地核加热,经过更长时间的热量积累,它可能造成地热流加大,使地表升温以及导致地震和火山爆发更加频繁.地质学家早就发现,地球历史上曾有过多次周期性的地震和火山集中爆发的现象.据研究,大约2.6亿年前的二叠纪时期,当时还是一片浅海的峨眉山,曾发生过一场规模空前的玄武岩火山喷发.火山在瞬间释放了25万平方公里的熔岩,面积相当于五个英国威尔士.总体积高达50万立方公里的熔岩,当时引起了巨大的环境灾难,从而毁灭了全球超过90%的海洋生物以及超过70%的陆地物种.直到今天,在四川、贵州、云南等地还有大量的火山岩分布.还有人认为,6500万年前的白垩纪,南亚次大陆德干高原的一次大规模的火山爆发,则可能是导致恐龙灭绝的原因.
所以,在我们的脚下,地球的深部,正在不断地聚集着能量,当这种能量聚集到一定程度后,就有可能再一次地出现大规模地火山爆发或地震,重演地质历史上曾经出现过的大灾难!
虽然如此,但是有关2012年地球会被太阳中微子所毁灭的说法则是不可信的!首先,这种灾难既是必然会发生的,又是不可预测的；其次,当地核被中微子加热到一定的程度,能量就会从地壳的薄弱部分,如板块交界处,以地震和火山的形式释放出来.这种释放有可能造成地球局部的大灾难,但是不足以毁灭整个地球.
目前,科学家对地球内部的研究还很肤浅.通过仪器测量分析发现,地球内部正在发生着变化,如地核在变软,固体内核在转快,地磁场也在变化等等.但是,这些变化的动力因素是什么,会不会给人来带来灾难,仍是见仁见智,众说纷纭.
《2012》这部影片好就好在能够给人们以警醒,激起科学家和公众对地球内部事物的关心,及早研究发现导致地球内部变化真正因素,从而避免灾难的发生.