首页 > 科学 > 宇宙探索

探索宇宙神秘,地下700米的国之大器进入最后关键节点?

时间:2025-12-27来源:网络作者:小菜点击数:
简介:【来源:潮新闻】中微子对于人类来说是神秘的,它是宇宙形成之初就存在的基本粒子,隐藏着许多未知的重要信息。

而研究中微子是国际前沿的基础科学,对于帮人类认识宇宙和现

【菜科解读】

【来源:潮新闻】

中微子对于人类来说是神秘的,它是宇宙形成之初就存在的基本粒子,隐藏着许多未知的重要信息。

而研究中微子是国际前沿的基础科学,对于帮人类认识宇宙和现存的世界物质都具有重要意义。

近期,我国重大科技基础设施——江门中微子实验建设有了新动态。

12月18日,随着项目经理、中国科学院院士王贻芳宣布启动灌注,经过超纯水系统层层过滤的超纯水以100吨/小时的流量注入到探测器水池内,江门中微子实验(JUNO)液体灌注正式开始,这标志着江门中微子实验建设来到最后一个关键节点。

中微子实验液体灌注启动现场 中科院高能物理研究所 供图

这个深藏在地下700米的科学大装置,承载着无数科学家梦想和期待,并将于2025年8月正式运行取数。

投入使用后将主要着手研究中微子,探索其中更多的未知。

江门中微子实验以测量中微子质量顺序为首要科学目标,与此同时也进行其他多项重大前沿研究。

其核心探测设备位于地下700米的实验大厅内44米深的水池中央。

2万吨液体闪烁体、45000只光电倍增管、直径35.4米的有机玻璃球、直径41米的不锈钢网壳等是它的关键组成部件。

启动灌注现场 中科院高能物理研究所 供图

江门中微子实验有机玻璃球是世界最大的单体有机玻璃球,对于中微子的“捕捉”起着重要的作用。

这个巨大的球体内部将填充约2万吨的液体闪烁体,当中微子与其发生相互作用时,会产生微弱的闪烁光。

布满中心探测器内壁的光电倍增管探测到闪烁光,再将光信号转换为电信号输出,从而实现对中微子的探测。

有机玻璃球的高透光性和低放射性本底特性,使其能够有效地收集光信号,同时减少背景噪声,提高探测的准确性。

JUNO中信探测器底部 中科院高能物理研究所 供图

据了解,和目前国际最好水平相比,中心探测器的液体闪烁体体积增大了20倍,光电子产额增大了3倍,能量分辨率提高2倍,达到了前所未有的3%。

此外,为了提升中微子探测的准确性,中心探测器浸泡在圆柱形的水池中,水池兼做水契伦科夫探测器和屏蔽体。

水池顶部为约1000平方米的宇宙线径迹探测器。

在水契伦科夫探测器和宇宙线径迹探测器的联合探测下,可以将其对中微子探测的影响去除。

同时,水池中的水可以屏蔽岩石的天然放射性及宇宙线在附近岩石中产生的大量次级粒子。

此次液体灌注将分两步走,前2个月将超纯水灌满中心探测器有机玻璃球内外空间,再用6个月将有机玻璃球内部的超纯水置换为液体闪烁体。

预计2025年8月完成全部灌注任务,并开始正式运行取数。

江门中微子实验项目团队 中科院高能物理研究所 供图

江门中微子实验(JUNO)项目团队由17个国家与地区、700多位成员组成。

建成后,将成为国际中微子研究的中心之一,与正在建设的日本顶级神冈中微子实验(Hyper-K)和美国深部地下中微子实验(DUNE)形成中微子研究的鼎足之势。

我国在中微子研究领域的国际领先地位也将得到进一步巩固。

未来,江门中微子实验将如何引领人类揭秘宇宙,值得期待。

光速限制:外星人来了也得认栽的宇宙“铁律”?

在浩瀚宇宙中,人类一直幻想能与外星文明来一场跨越星空的“网友见面会”。

可现实却像一盆冷水,有个叫“光速限制”的家伙,像一道无形的高墙,横在人类和外星文明之间。

这光速限制到底是啥?它咋就把大家困住了呢?今天咱就来唠唠这神秘又让人无奈的光速限制。

古代“信息延迟”的无奈:光速限制的“前世小预告”在古代,信息传递那叫一个慢。

就说打仗吧,前线战事吃紧,消息得靠快马加鞭往回送。

有时候,等皇帝收到消息,黄花菜都凉了,战局早就变了样。

于是就有了“将在外,君命有所不受”的说法,为啥?因为信息传递太慢,皇帝的命令传到前线,情况早就不一样了,将领只能自己看着办。

这其实就是光速限制在古代的“小缩影”,只不过那时候大家还不知道光速是啥,只知道信息传递慢得让人着急。

爱因斯坦的“宇宙禁令”:光速限制的“正主登场”到了近代,爱因斯坦横空出世,他的狭义相对论就像一颗重磅炸弹,在物理学界炸开了花。

相对论告诉我们,光在真空中的速度大约是每秒30万公里,这可是宇宙中的速度极限,任何有质量的物体都别想达到或者超过它。

这就像给宇宙定了个规矩,谁都得遵守。

就好比一场跑步比赛,光是那个永远跑在最前面,谁也追不上的冠军,其他选手只能眼巴巴地看着它远去。

爱因斯坦还指出,当物体的速度接近光速时,它的质量会急剧增加,所需的能量也会呈指数级飙升。

打个比方,你要让一艘1吨重的飞船达到99%的光速,那得消耗相当于全球数年总发电量的能量;

要是想达到光速,所需能量就会趋向无穷大,这在现实中根本没法实现。

就算未来人类掌握了核聚变甚至反物质能源,也满足不了这么庞大的能量需求,更别说建造能承受极端质量变化的飞船结构了。

星际“慢递”的尴尬:光速限制下的信息困境光速限制带来的最直接问题,就是信息传递的巨大延迟。

在星际时代,这种延迟会被宇宙的尺度无限放大。

比如说,地球收到来自1光年外前线的战报,那消息可是整整走了1年才到。

想象一下,2021年春节,地球收到1光年外传来的喜讯,说前线打胜仗了,地球人高兴得大摆喜宴庆祝。

可实际上,这已经是1年前的战况了,在这1年里,前线局势可能早就逆转,外星势力发起反扑,地球将士正陷入水深火热之中呢,地球的庆祝不过是对“过去”的徒劳欢呼。

就算把距离拉近到太阳系内部,这种延迟依然存在。

如果太阳附近发生一场星际“对决”,其结果要等8分钟后才能被地球上的人类观测到。

要是人类文明扩张到2光年外的星球,消息往返需要4年;

扩张到200光年外,单次信息传递就要200年;

要是到了2万光年外,信息从星球传回地球需要2万年,地球发出的回信再抵达目的地又要2万年。

在这4万年的时间里,地球的统治者都不知道换了多少代,星际殖民地与母星的联系也会逐渐断裂,到时候,2万光年外的殖民地指挥官,估计早就把地球抛到九霄云外,不会对地球保持忠诚了。

宇宙“孤岛”的命运:光速限制下的文明困局光速限制就像一道透明的屏障,把银河系分割成无数个“孤岛”。

对人类来说,它阻碍着我们的星际梦想,让我们很难在星际征程中保持整体的团结与统一,反而会走向“各自为政”的分裂状态。

按照天文学家卡尔达舍夫提出的“卡尔达舍夫指数”,文明被划分为三个主要等级。

I型文明能完全掌握并利用母行星的所有资源与能量;

II型文明能掌控整个恒星系统的资源,甚至可以直接利用恒星的能量;

III型文明能驾驭整个星系的资源,在星系尺度内自由穿梭与发展。

可人类文明目前连I型文明都还没达到,只能利用地球部分资源,对海洋、地核等深层资源的开发还处于初级阶段,在可控核聚变等关键能源技术上虽有突破,但距离“完全掌握行星资源”还有很长的路要走,科学家估算人类文明当前等级仅约为0.7型,相当于处于“婴儿期”的文明。

就算人类未来能达到II型文明,向III型文明迈进的道路也会被光速彻底封死。

因为III型文明所需的“星系尺度统筹能力”,与光速限制下的“信息延迟困境”完全矛盾。

银河系直径约为10 - 18万光年,不同星球之间的距离动辄数千、数万光年,信息传递需要数千年甚至数万年,资源调度的周期更是难以想象,人类根本无法实现有效的协调与管理。

外星文明的“同款烦恼”:光速限制的“宇宙通用版”这光速限制可不只是针对人类,就算宇宙中存在外星文明,它们大概率也得被这道鸿沟困住。

假设某个外星文明比人类先进数千年,掌握了接近光速的航行技术,可它们还是要面对“时间膨胀”的困境。

对飞船上的宇航员来说,以99%光速飞行100光年,主观时间仅过去约14年;

但对他们的母星而言,时间已流逝100年。

这意味着,当宇航员返回母星时,亲友早已老去,文明可能已发生翻天覆地的变化,这种“时间差”会让星际航行失去“回归的意义”,更别说跨越数十万光年的银河系直径,或前往更遥远的其他星系了。

而且,星际空间并非真空,而是充斥着稀薄的气体、尘埃和高能粒子。

以接近光速飞行的飞船,哪怕撞上一颗微小的尘埃,也会因巨大的相对速度产生相当于核爆炸的冲击力,瞬间摧毁飞船。

要为飞船配备足够的防护装置,又会大幅增加飞船质量,进一步加剧能量消耗的难题,这就像一个无解的循环,让光速航行的可行性愈发渺茫。

突破幻想与现实困境:光速限制的“未来猜想”虽然光速限制目前看起来牢不可破,但人类从未放弃突破它的幻想。

有人提出了虫洞和曲速引擎的概念。

虫洞理论认为,宇宙中存在连接两个时空的“通道”,通过虫洞可以瞬间跨越遥远距离,但虫洞需要“负质量物质”来维持稳定,而人类目前尚未发现任何负质量物质的存在。

曲速引擎理论认为,可以通过压缩航天器前方的空间、扩张后方的空间,让航天器“乘坐”空间的“波浪”前进,从而突破光速限制,但这种技术需要消耗巨大的能量,相当于将整个木星的质量转化为能量,以目前人类的技术水平,完全无法实现。

不过,宇宙中仍然充满了许多未解之谜,例如暗能量和暗物质的本质,以及黑洞内部的物理规律。

这些未知领域可能蕴含着颠覆我们对光速认知的秘密。

说不定未来的某一天,人类会发现新的物理原理,找到突破光速限制的方法,到时候,我们就能真正实现星际穿越,和外星文明来一场面对面的交流啦。

光速限制就像一个神秘的宇宙谜题,它既限制了人类和外星文明的发展,又激发着我们不断探索未知的欲望。

在这道看似无法逾越的鸿沟面前,我们是就此认命,还是继续努力寻找突破的方法呢?也许,答案就藏在宇宙的深处,等待着我们去揭开。

有理论推测宇宙可能存在自转,且整体处于膨胀运动中

宇宙的层次化运动结构宇宙中天体的运动呈现明显的层级规律:卫星围绕行星公转(如月球绕地球),行星围绕恒星公转(如地球绕太阳),恒星系围绕星系中心公转(如太阳系绕银河系中心),星系之间又通过引力相互作用形成更大尺度的结构(如本星系群、室女座超星系团)。

这种“小绕大”的运动模式在可观测范围内普遍存在,但当尺度扩展至整个宇宙时,传统意义上的“围绕中心公转”模型不再适用。

宇宙整体运动的两种理论推测自转可能性:部分理论认为宇宙可能存在整体自转。

这一推测源于对宇宙微波背景辐射(CMB)的观测,某些研究中发现的微小各向异性可能暗示宇宙存在整体旋转。

但目前证据尚不充分,且自转轴、角速度等参数无法通过现有观测直接确定。

膨胀运动:根据哈勃定律,宇宙自大爆炸以来持续膨胀,星系间距离随时间增加。

这种膨胀是各向同性的,即从任意星系观察,其他星系均呈现远离趋势,且距离越远退行速度越快。

膨胀运动不依赖中心点,因此与传统“围绕某点运动”的概念不同。

为何宇宙不存在传统意义上的“公转中心”观测限制:可观测宇宙的半径约为465亿光年,受光速和宇宙年龄限制,人类无法观测到宇宙全貌。

若宇宙存在大尺度结构(如超星系团纤维状分布),其运动模式可能超出当前物理模型描述范围。

理论框架:广义相对论将宇宙描述为四维时空连续体,其动态由爱因斯坦场方程支配。

在均匀各向同性的弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克(FLRW)度规下,宇宙膨胀无需中心点;

若引入非均匀性(如旋转),需更复杂的模型,但目前缺乏观测支持。

平行宇宙假说:若宇宙存在公转,可能暗示其嵌套于更高维结构(如膜宇宙模型),但此类假说尚未被实验验证。

当前科学共识与未解之谜共识:宇宙整体处于膨胀状态,且内部结构呈现层次化运动;

无证据表明存在单一中心或固定参考系。

未解问题:宇宙自转的证据是否充分?膨胀是否加速(暗能量作用)?大尺度结构运动是否隐藏更高维规律?这些问题需通过下一代望远镜(如詹姆斯·韦伯空间望远镜)和引力波探测器进一步研究。

总结:宇宙的运动模式远超日常经验中的“围绕某点旋转”概念。

其层次化结构、整体膨胀特性及潜在自转可能性,均需在广义相对论框架下理解。

目前科学无法定义宇宙“围绕什么运动”,但通过观测与理论推导,正逐步揭示宇宙动态的深层规律。

猜你喜欢

探索宇宙神秘,地下700米的国之大器进入最后关键节点?

点击下载文档

格式为doc格式