빅뱅이 시작될 때 진공의 변동 속에서 우주가 계속 팽창함에 따라 두 쌍의 입자가 형성되어야한다는 이론이 있습니다. 두 가지 세계가 있는데, 하나는 긍정적인 물질의 세계입니다. 다른 하나는 반물질의 세계인데, 과학자들이 아무리 관찰해도 이 우주에는 어떤 반물질 세계도 발견할 수 없다는 사실은 창조 초기에 양성 입자가 반입자 수를 초과하게 된 아주 작은 변화가 있었음을 보여준다. .상호 소멸 후에도 긍정적인 물질의 현재 세계는 남아 있습니다.
그렇다면 이 작은 변화는 무엇일까요? 일부 과학자들은 이것이 아마도 지금까지 인간이 발견한 입자 중 가장 신비한 입자인 작은 입자, 즉 중성미자와 관련이 있을 것이라고 믿고 있습니다.
인간이 중성미자를 발견한 것은 1930년 12월 4일로 거슬러 올라가는 완전히 우연한 사건이었습니다. 고작 30세의 유명한 양자물리학자 파울리는 여성 과학자 리세 마이트너에게 편지를 썼다. 편지에서 그는 지금까지 관찰된 적이 없는 전기적으로 중성인 저질량 입자의 존재를 예측했습니다. 그러나 편지를 보낸 후 Pauli는 이를 후회했습니다. 왜냐하면 이 예측에는 큰 근거가 없었기 때문입니다. 그것은 단지 다른 물리학자들이 베타 붕괴 문제를 연구할 때 에너지가 보존되지 않는다는 것을 발견했기 때문이었습니다.
예를 들어, 이제 고고학자들은 고대 무덤과 문화 유물의 연대를 더 정확하게 결정할 수 있는 탄소 14 연대 측정 방법을 사용합니다. 탄소-14 원자가 질소-14 원자와 전자로 바뀌는데, 이때 뭔가 잘못되어 베타붕괴 이후 질량이 보존되지 않고, 조금 빠진 부분이 있다고 파울리는 예측했습니다. 신비한 입자.
모두가 흔히 이야기하는 과학적 방법은 무엇일까요? 첫 번째 단계는 과감한 가정을 하고, 폭넓게 생각한 다음, 신중하게 검증하는 것입니다. 마지막으로 우리는 보편적으로 적용할 수 있는 실험 결과를 얻습니다. 이는 완전한 단계입니다.
1956년 6월 14일, 두 명의 미국 과학자 레인즈와 코완이 파울리에게 전보를 보냈습니다. 이 전보는 파울리에게 중성미자 파울리가 예측한 신비한 입자를 마침내 발견했다는 좋은 소식을 전하기 위한 것이었습니다. 이 발견에 대해 말하면 정말 어렵습니다. 그들은 Hanford라는 원자력 발전소의 원자로 근처에서 중성미자를 발견했습니다.
결과를 확인하기 위해 원자로도 폐쇄했습니다. 발생률의 차이를 탐지하는 것은 원자로입니다. TV를 켜는 것만큼 간단하지 않습니다. 그래서 그들은 과학 연구를 위해 정말 열심히 일했습니다. 그러나 Huangtian은 성과를 거두었고 이 발견으로 그들은 노벨 물리학상도 수상했습니다. 사전 연구부터 중성미자 발견까지 26년이 걸렸다. 중성미자 발견이 매우 어렵다는 사실을 파울리 자신도 환상이라고 생각한 것은 당연하다.
따라서 과학 연구의 첫 번째 단계는 과학자들이 과감하게 마음을 열어야 한다는 것입니다. 예를 들어, 끈 이론에 관해 어떤 사람들은 매우 경멸하며 다차원 우주가 관찰된 적이 없다고 말합니다. 그러나 끈 이론은 네 가지 힘을 수학적으로 매우 잘 통합할 수 있습니다. 다차원 우주를 발견하지 못했다고 해서 끈 이론을 부정할 수는 없습니다. 또 다른 예는 중력이다. 일부 이론물리학자들은 중력이 다양한 평행우주를 이동할 수 있다고 제안했는데, 이는 상대성 이론에 기초한 수학적 해법을 찾았기 때문이다. 평행우주가 발견되지 않았기 때문에 이런 가능성은 없다고 할 수 있다. 확인되지 않은 이야기라고 하지만 평행우주가 있다고는 말할 수 없다. 존재하지 않아야 합니다.
중성미자 이야기로 돌아가서, 중성미자가 갑자기 물리학 연구에서 중요한 주제가 된 이유는 무엇입니까? 중성미자는 매우 신비롭기 때문에 현 단계에서 중성미자를 둘러싼 미스터리는 크게 세 가지가 있다고 생각합니다. 첫 번째는 초광속의 미스터리라고 합니다. 168,000년 전, 대지구대 동부에 사는 호모 사피엔스는 직접 만든 목제 무기를 능숙하게 사용하여 사냥을 했습니다. 그들은 해와 달과 별이 무엇인지 모르고, 세상에 대해 어떻게 이해하고 있습니까? 또한 매우 제한적입니다. 이때 은하수 가장자리에는 거대한 마젤란 구름이 있었는데, 그 안에 초신성이 폭발해 수많은 중성미자가 퍼졌다. 168,000년의 긴 여행 끝에 한 무리의 중성미자가 지구로 날아왔습니다.
1987년 2월 23일, 일본 반푸현 가미오카 광산 지하 1㎞ 지하에 코벨코 핵붕괴 탐지기가 있었다. 이 대규모 실험실의 개조 공사가 완료된 지 불과 몇 달 만에 갑자기 11개의 중성미자를 받았습니다. 이번 실험을 주도한 물리학자 고바 마사준은 인류가 태양계 외부에서 중성미자를 받아들인 것은 이번이 처음이기 때문에 곧바로 인기를 끌었다. 오시바 마사토시는 이 발견으로 노벨 물리학상을 수상했습니다. 중성미자를 포착한 후 일본 물리학자들은 뭔가 큰 일이 일어났다고 생각했습니다. 물론 뭔가 큰 일은 실험실에서만 말할 수 있었습니다. 외부적으로 과학자들은 매우 엄격합니다.
보고서에서 그들은 이 중성미자 집단이 광자보다 3시간 일찍 지구에 도착했다고 말하면서 한 가지를 축소하는 척했습니다. 이것은 무엇을 의미합니까? 이는 중성미자가 광자보다 더 빠르게 이동한다는 것을 의미하는 것 같습니다. 사람들은 초경량 과학실험 이야기를 들을 때마다 흥분으로 피가 끓어오르게 됩니다. 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면. 빛의 속도는 모든 속도의 상한선이다. 아인슈타인의 상대성 이론이 곧 깨질 것이라고 말할 수 있을까? 이거 정말 큰일 아닌가? 우리는 이 문제를 제대로 설명해야 합니다.
기사 시작 부분에서 언급했듯이 Pauli는 중성미자가 질량이 매우 작은 전기적으로 중성인 입자라고 오랫동안 예측해 왔습니다. 왜 그것이 우주의 운동 속도의 상한이 될 수 있습니까? 광자는 질량이 없기 때문에 운동 에너지가 속도의 제곱에 비례하기 때문에 매우 빠르게 달릴 수 있습니다. 중성미자의 질량은 매우 작지만 빛의 속도에 도달하려고 하면 에너지가 무한해집니다. 따라서 이론적으로 중성미자는 빛의 속도를 초과할 수 없습니다.
그렇다면 왜 초신성이 폭발한 후 지구는 중성미자를 먼저 받았을까요? 일부 과학자들은 중성미자가 전기적으로 중성이고 어떤 물질과도 반응하지 않기 때문이라고 믿습니다. 따라서 초신성이 폭발하면 중성미자가 가장 먼저 날아간다는 것은 광자보다 더 빠르게 날아간다는 뜻이 아니라 중성미자가 먼저 출발한다는 뜻이다. 이런 식으로 중성미자가 빛보다 빠르게 이동하는 문제가 설명됩니다. 결국 주류 학계에서는 중성미자가 빛의 속도보다 빠르게 이동할 수 없다고 믿고 있습니다.
하지만 더 마술적이고 상상력이 풍부한 진술이 있습니다. 2015년 6월 천체물리학 저널(Journal of Asphysics)에는 중성미자가 빛의 속도를 초과할 수 있으며 상대성 이론과 모순되지 않는다고 믿는 물리학자 로버트 엘리시(Robert Ellysy)의 논문이 게재되었습니다. 그는 그것을 어떻게 설명했는가? 그는 특정 기준틀에서는 에너지가 부정적일 수 있다고 말했습니다. 표면적으로는 중성미자의 속도가 광자의 속도를 초과한다는 뜻인데 현실은 어떤가요? 시간을 거슬러 여행하는 것은 바로 이 중성미자입니다. 그는 미래를 향해 날아가는 것이 아니라 과거를 향해 날아가고 있는데, 우리 관찰자들은 그가 빛의 속도보다 빠르게 여행하고 있다고 잘못 생각하고 있습니다.
그렇다면 이 설명은 정말 상상력이 풍부하지 않나요? 지금까지 Alisi의 결과와 모순되는 알려진 관찰 증거가 없기 때문에 그 가설이 위조될 수 없고, 틀렸다고 말할 수도 없으며, 물론 그가 옳다고 말할 수도 없습니다. 단지 엄지손가락을 치켜세우고 "나는 아이디어". 아일리시는 시간을 거슬러 올라가는 예를 제안했는데, 이는 매우 도전적인 아이디어다. 이미 많은 과학자들이 시간을 거꾸로 간다는 생각에 따라 연구를 시작했다.
두 번째 미스터리는 뜨거운 암흑물질의 미스터리다. 2006년에 허블우주망원경이 촬영한 유명한 사진입니다. 총알성단 사진의 파란색 부분은 두 개의 주요 은하단의 질량이 대부분 포함되어 있지만 어둠 속의 질량은 무엇으로 이루어져 있는지 알 수 없습니다. 과학자들이 암흑 물질 영역이라고 부르는 곳으로 구성됩니다. 인류가 우주에서 암흑물질을 관찰한 것은 이번이 처음이다.
과학자들이 계산합니다. 암흑물질은 우주 질량의 26.8%를 차지한다. 암흑물질은 왜 보이지 않는가? 암흑물질이 전자기파와 상호작용하지 않기 때문일까요? 이것이 바로 중성미자의 특징이 아닌가? 그래서 일부 과학자들은 암흑 물질이 중성미자일 수 있는지 궁금해했습니다. 그러나 중성미자는 모든 암흑물질 현상을 설명할 수는 없지만, 중성미자는 따뜻한 암흑물질, 차가운 암흑물질이라고 불리는 암흑물질의 한 종류일 뿐이라고 믿습니다.
이건 뭘로 만든 것인지도 모르겠어요.
그러므로 인간이 물리학과 천문학 분야에서 많은 성과를 거두었음에도 불구하고 우주에 대한 우리의 이해는 아직 매우 초기 단계에 있습니다. 다음으로 중성미자의 세 번째 미스터리인 반물질 소멸의 미스터리를 소개하겠습니다.
때는 1998년, 아직 일본 가미오카산 기슭이었다. 이때 오시바 마사토시는 은퇴했고, 그의 제자인 가지타 다카아키가 실험의 책임자가 되었습니다. 그들은 원래의 탐지기를 업그레이드하고 그것을 슈퍼 카미오칸데 탐지기로 명명했습니다. 이 검출기는 또 다른 큰 공헌을 하여 중성미자 진동 현상을 발견했습니다. 소위 중성미자 진동은 중성미자가 비행 중에 자발적으로 다른 유형의 중성미자로 변한다는 것을 의미합니다. 중성미자에는 전기 중성미자, 뮤온 중성미자, 파동 중성미자라는 세 가지 유형이 있습니다.
이 세 가지 유형의 중성미자는 상응하는 반중성미자를 갖고 있어 6가지 형태의 중성미자가 있습니다. 카지다(Kajida)는 이 발견으로 2015년에 노벨 물리학상을 수상했습니다. 중성미자 진동 현상을 통해 과학자들은 연관성을 찾기 시작했습니다. 특정 상황에서 진동을 일으킬 수 있는 다른 예가 있습니까? 아니면 다른 입자(물론 가장 중요한 전자인 전자)가 진동하는 중성미자와 어떤 방식으로 반응하여 중성미자에 의해 운반될 수 있습니까?
예를 들어 빅뱅 이후 첫 1초 동안 과학자들은 중성미자가 이때 생성된 것으로 믿고 있는데, 그 이유는 입자가 진동하는 동안 맛이 바뀌기 때문이며, 그래서 어느 순간 양전자 입자가 갑자기 반입자보다 반입자가 더 많습니다. 반입자와 반입자는 만나면 소멸되므로 우주에서도 마찬가지입니다. 양성입자와 소량의 반입자만이 남아 오늘날 우리가 보는 양성물질 세계를 형성하고 있습니다.
이것은 우주의 기원에 관한 매우 중요한 주제입니다. 핵심은 중성미자 진동을 연구하는 것이다. 이제 가장 중요한 목표는 세 가지 중성미자의 가중치 순위를 매기는 것입니다. 이와 관련하여 가장 유력한 결과는 독일의 케이터링 실험입니다. 입사 시기는 2006년 10월이었다. 독일인들은 천성적으로 열심히 일하는 것을 두려워하지 않기 때문에 눈에 띄는 과학 연구 성과를 내는 경우가 많다. 그들은 무게가 200톤이 넘는 거대한 분광계를 만들었습니다. 지도에 따르면 제조공장과 연구실 사이의 거리는 350km에 불과하다. 하지만 너무 넓어서 육상운송이 불가능해 큰 원을 그리며 돌아다닐 수밖에 없다. 해상 운송으로 도달하는 데 8,600km 이상이 걸렸습니다.
2019년 Catering은 전자 중성미자 질량의 상한선을 1.1전자볼트로 설정하는 첫 번째 연구 결과를 제공했습니다. 이 질량은 얼마나 작습니까? 전자 질량의 100만분의 1도 채 되지 않습니다. 따라서 중성미자의 비행 속도는 빛의 속도에 가까울 수 있는데, 이는 질량이 너무 작기 때문이기도 하다. 중성미자의 질량을 측정함으로써 간접적인 방법을 사용하여 빅뱅 모델을 확인할 수 있습니다.
천문학자들이 우주의 밀도를 측정하여 중성미자의 질량을 유추하고, 실험을 통해 중성미자의 질량을 직접 측정한다면 어떤 결과가 나올까요? 그것은 아마도 빅뱅 이론이 틀렸다는 것을 의미할 정도로 충격적이고 끔찍한 결과입니다.
이렇게 말씀드리면 왜 세계 각국이 중성미자에 대해 필사적으로 연구하고 있는지 이해하실 수 있을 것입니다. 중성미자는 우주의 신비를 푸는 열쇠라고 할 수 있습니다. 일본의 초거대 카미오칸데 검출기, 독일의 Catering, 중국의 Jiangmen Neutrino Laboratory, 미국의 IceCube Observatory는 모두 중대한 발견을 할 수 있는 가장 큰 잠재력을 지닌 실험실이며, 모두 서로 다른 초점을 확인하고 해결하기 위해 노력할 수 있습니다. 중성미자의 비밀을 빨리 밝혀내세요.
어느 날 과학자들이 갑자기 빅뱅 이론이 틀렸다고 발표한다면, 이 이론에 대한 가장 가능성 있는 도전은 현재 중성미자 연구입니다. 마지막으로 빅뱅 이론에 도전하기 위해 또 다른 여담을 만들어 보겠습니다. 로라 호튼(Laura Horton)이라는 여성 과학자도 있습니다. 그녀는 수학적 계산을 사용하여 블랙홀이 전혀 존재하지 않는다고 계산했습니다. 이 이론은 이제 많은 사람들로부터 비판을 받고 있습니다. 주의, 매우 흥미롭습니다.