中微子是组成自然界最基本的粒子之一，常用符号“v”表示。它不带电，自旋为1／2，质量非常之轻，是电子的百万分之一，以接近光速的速度运动。
在谈论中微子之前，我们不得不先提及它的“老大哥”中子。中子是原子的基本组成之一，在衰变成质子和电子时，出现了能量亏损。中子衰变成质子和电子的过程被称为B衰变。
B衰变过程中有一个奇怪的现象，那就是物质释放出的由电子组成的B射线的能谱是连续的，电子只带走了它本该带走的能量的一部分，另一部分能量消失了。之所以奇怪，是因为在19世纪末20世纪初科学家们发现，量子世界中能量的吸收和发射是不连续的，原子的光谱、原子核中放出的Q射线和Y射线都是不连续的，这符合量子世界中原子核在不同能级间跃迁时能量守恒的规律。也就是说，B衰变过程中出现了能量失衡。物理学著名的哥本哈根学派鼻祖尼尔斯·玻尔指出，能量守恒定律失效了！
1931年春，国际核物理会议在罗马召开，世界最顶尖的核物理学家汇聚于此。在会上，美籍奥地利科学家泡利指出，B衰变过程中能量守恒定律仍然正确，之所以出现能量亏损，是因为中子这种大质量的中性粒子在衰变过程中变成了质子、电子和一种质量小的中性粒子，而小质量的中性粒子将能量带走了。泡利预言带走能量的就是中微子。
1933年，意大利物理学家费米揭开了B射线能谱连续之谜。他提出了B衰变的定量理论，指出自然界中除已知的引力和电磁力外，还有第三种相互作用——弱相互作用。中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子的过程就是p衰变过程。他的理论定量地描述了B射线能谱连续和B衰变半衰期的规律。
泡利和费米的理论逐渐被人们接受，但没有任何人见到过中微子，即使是泡利本人也曾说过，中微子是永远无法探测到的。
1941年，我国物理学家王淦昌写了一篇题为《关于探测中微子的一个建议》的论文。次年，在美国发表，同年6月，美国物理学家艾伦根据王淦昌在论文中提出的方案，以实验的方式证实了中微子的存在。但当时的实验存在一定的缺陷，直到1952年，艾伦与罗德巴克合作才首次成功地完成了实验。
证实中微子存在以后，下一步的工作就是测量中微子与物质相互作用引起的反应。但因为这种作用极弱，所以实验是非常困难的。直到1956年，这个实验才由美国物理学家弗雷德里克·莱因斯完成。
这个实验首先需要一个强中微子源，也就是一个核反应堆。因为核燃料吸收中子后会发生裂变，裂变碎片释放出中子，从而使其再次裂变。裂变碎片多是B放射性的，而反应堆中有大量的裂变碎片，所以它既是强大的中子源，也是强大的中微子源。中微子反应率很小，需要大量的靶核，莱因斯选用了氢核作靶核，使用了两个装有氯化镉溶液的容器，并将两个容器夹在三个液体闪烁计数器中。
每当有射线发出，计数器中的液体就会发出一次荧光。中微子与构成原子核的质子发生碰撞后产生的频闪比较明显和奇特，从而证实中微子的存在。这个实验打破了泡利认为中微子永远观测不到的悲观观点。因为测量中微子实验的成功，莱因斯在1995年与美国物理学家马丁·珀尔共享了诺贝尔物理学奖。
利用好中微子，它能帮助我们方便地完成一些复杂的事情。中微子能应用到地球上的通讯上，它能直接穿透地球，而且穿过地球时的损耗很小，曾有实验显示，用高能加速器产生十亿电子伏的中微子穿过地球的衰减率只有千分之一。如果将中微子束加以调制，让它包含有用的信息，在地球上任意零点通讯联系，那么我们就能省去昂贵而又复杂的卫星或微波站。
中微子还能应用到地球断层扫描（地层CT）上。随着中微子能量的提高，中微子与物质相互作用截面会逐渐增加，如果用高能加速器产生能量为一万亿电子伏以上的中微子束定向照射地层，中微子就会与地层物质作用，在局部产生小“地震”，这与地震法勘探非常相似。利用中微子可以对深层地层一层一层地扫描和勘探。
中微子天文学是天体物理学的一个分支，主要研究恒星上可能发生的中微子过程以及这些过程对恒星的结构和演化的作用。
通过一些天文方面的研究，人类已经认识到中微子的一些性质、运动及变化规律。但有关中微子，还有许多谜团没有解开，如存不存在重中微子？中微子的质量如何？
太阳中微子有没有失踪？太阳中微子的强度有没有周期性变化……这样的一些问题是把微观世界与宇观世界联系起来的重要环节。研究和探测中微子不仅对高能物理和天体物理有重要意义，对日常生活也有很重要的现实意义。
宇宙之谜6：类星体“类星体”是什么物质？仅从它的字面意思理解就对了。所谓类星体，就是类似恒星天体的简称，有称为星体、魁霎或类星射电源。它与脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。
以下图片是拍摄到的可见宇宙边缘的类星体。个类似于烟火的景象，让科学家们进一步了解了宇宙初期的混乱，也一直让科学家们感到困惑不解。
类星体离地球至少100亿光年，是至今人类所能观测到的最遥远的天体。它是一种高光度和强射电的天体，比星系要小很多，却能释放出星系千倍以上的能量，它发出的光比太阳还要明亮万亿倍。两者相比，太阳就好似是子夜天空中一颗三等星，而类星体就是正午的太阳。正是因为光的超大强度，才让人类在100亿光年以外的距离观测到了它。
之所以称为“类星体”，是因为天文学家在发现它时，觉得它很奇怪。从照片上看，像是恒星，但不能肯定是恒星；从光谱上看，类似于行星状星云，却又不是星云；从发出的射电（即无线电波）上看，像是星系但又不是星系。如此一来，在不明它真实身份的情况下取名“类星体”。
类星体的发现要追溯至1960年，当时美国天文学家桑德奇利用光学望远镜发现了剑桥射电源第三星表上第48号天体（3C48）光学对应体。他发现3C48光谱的一个奇怪位置上存在着一些又宽又亮的发射线。
1963年，美国天文学家马丁·施密特在3C273的光谱中发现了与3C48相似的现象。他研究发现那些发射线是人们早已熟知的氢的发射线，只是它们向着红光的方向移动了相当长的一段距离。这说明它们有很大的红移。1964年，天文学家邱宏业将这样的天体简称为“类星体”，从此，类星体载入人类天文观测史。
类星体的命名统一在前面冠以类星体的英文缩写QSO，后面再加上类星体在天球上的位置坐标。如类星体3C48位于赤经13度35分，赤纬+33度，所以就将其命名为QS001335+33。
类星体的红移值用z表示，类星体3 c 2 7 3（QSol227+02）的Z=O．158，这已经远远超过一般恒星的红移值。而有不少类星体的红移值超过了1，有的甚至高达4以上。
在对类星体的研究和观测中，科学家发现了另外一种类天体，它们的形态与恒星相似，也有很大的红移，但却没有射电辐射，被称作“射电宁静类星体”。
近来，有越来越多的证据显示，类星体是一类活动星系核（AGN）。我们普遍认可的活动星系核模型认为，在星系的核心位置有一个超大质量的黑洞，在强大的引力作用下，它周围的尘埃、气体以及一部分恒星物质，形成了一个高速旋转的巨大吸积盘。在这个吸积盘内侧靠近黑洞的地方，物质被吸入黑洞，随着巨大的能量辐射，物质喷流形成。但物质喷流又受强大磁场的约束，所以只能沿着磁轴的方向（通常是与吸积盘平面相垂直的方向）高速喷出。如果这些喷流正好对着观测的科学家，科学家们观测到的就是类星体。
类星体中充满了疑问和奇特的现象，如红移之谜，超光速的移动，巨大的能量来源等，到目前为止，仍然没有得到确切的解释。这些疑问如果得到解决，我们对宇宙的认识就可能会向前迈进一大步。
宇宙之谜7：引力波“脚踏实地”的前提就是地球要有引力。如果没有引力，我们就像是生活在月球上，一直飘浮在空中。引力我们都知道，那引力波是什么呢？
物体做加速运动的时候，会对原有的引力场产生干扰，辐射出引力波，这就像是把一块石头扔到平静的水面，水面上会出现水纹一样。引力波是爱因斯坦从广义相对论中提出来的。
引力波是如何形成的？广义相对论认为，物质的质量能让时空弯曲，时空弯曲的量度就是引力。如果将宇宙时空看成是一块橡胶板，质量不同的天体因引力的不同，会在橡胶板上压出深浅不一的坑，形成引力阱。天体在自己的引力阱中滚动，形成天体运动。天体的运动，也可以说是滚动，能引起橡胶板的轻微波动。当超新星爆发和黑洞碰撞时，质量在瞬间发生变化，这就相当于是质量在橡胶板上大力弹跳，引起橡胶板剧烈地上下波动，这种波动就是引力辐射，即引力波。
引力波是自然界中最微弱、最不易察觉的波，它在宇宙中无处不在，任何物体无时无刻都在辐射引力波。地球绕着太阳公转就一定会发出引力波，这样就会让地球丧失能量，所以地球会渐渐地沿着螺旋线向太阳靠拢。但因为丧失的能量微乎其微，所以地球向太阳靠近的速度很慢，我们也没有察觉到。
人们察觉不到引力波，就试图用实验去证明它的存在。在理论上，弹簧振子能产生引力波。所谓弹簧振子，是指一根弹簧两端各连接一个一定质量的物体的装置。弹簧振子如果振动起来就是产生引力，绕在装置中心的垂直轴旋转的重棒会产生引力波。用这种方式获得的引力波的能量极微。另外，以目前的科技水平，即使实验中产生了引力波，也没有足够精密的仪器检测到那样微弱的引力波。
引力波的频率约为10hz～32hz，极其微弱，所以从1916年爱因斯坦预见引力波存在至今，人类仍没有成功地直接测试到引力波。在测试方法和原理上有突出贡献的美国科学家韦伯也不例外，他只是误将自外界的“噪音”定义为引力波。所以，我们只能靠探测宇宙中巨大的天然引力波来证明引力波理论。
目前，科学家已经可以肯定广义相对论的正确性，所以引力波必定存在。长期以来，科学家构思各种探测引力波的实验，虽然已经通过对射电脉冲双星PSRl913+16公转周期变化的研究间接证实了引力波的存在，但直接测量引力波的实验仍没有获得成功。
了解和认识引力波，既能揭示有关致密星和超密物质的未知性质，也能告诉我们宇宙诞生的某些情况。此外，像光波、声波、电磁波一样，引力波也具有波的一般属性。也就是说，如果人类能成功地测量和利用引力波，利用它传输信息的能力，将彻底改变我们现在所处的信息时代。
事实上，让我们最感兴趣的引力波源是宇宙开端的大爆炸。宇宙诞生的最初瞬间，充满稠密的物质；这导致因粒子间的碰撞而产生的引力波在瞬间被另一些粒子吸收了。而在宇宙迅速扩张的膨胀阶段，宇宙的密度迅速下降，释放出的引力波不再被吸收。从那时开始，最原始的引力波就在空间中蔓延开了。
目前，微波背景辐射是人类能捕捉的有关宇宙大爆炸的最古老痕迹。但如果我们能捕捉到引力波，并对它们加以分析，那我们就极可能获得大爆炸后极短时间的原初宇宙的宝贵信息，比微波背景辐射给我们带来的更为久远，因为大爆炸后的50万年中没有电磁波射出来，但引力辐射却能不受阻碍地穿过原始宇宙的最高密度区域。这么说来，或许只有引力波能给我们提供存在黑洞和宇宙诞生的确凿证据。