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要想看到通常看不到的 首先要蒙上眼睛

文章出处:新纪元 发布时间:2007-05-05 作者:方洪
 
【宇明网】

 
加拿大安大略省苏德贝里2,000米深矿层中的球形中微子观测设备。(法新社)

通常来说,天文望远镜包括地面观测类型和太空观测类型两种。分布在世界各地的天文台都设有地面观测型望远镜,而哈勃望远镜等则属于太空望远镜。不论从地面观测还是在大气层外观测,天文望远镜都是无一例外地面向外太空,凝望着深邃的宇宙。

不过,有一类望远镜却不是这样,它们不在外层空间,也不在地面天文台里,而是被深深的埋在地下;它们的“眼睛”不是面向太空,而是反转过来朝向没有一丝光线的地球中心。难道它们在观察地心世界吗?不是,它们是透过地球致密的躯体,捕捉宇宙中的中微子信息。也就是说,太空中的中微子需要先穿透地球,才能进入望远镜的视野。

这些具有绝佳“眼力”的望远镜,是科学家们观测、研究宇宙中的中微子的利器,其中比较有代表性的,包括埋在南极地下的“阿曼达”望远镜,还有加拿大的“苏德贝里”望远镜。

那么为什么要用这样的方式观察呢?这还要从中微子本身的特性说起。

*中微子量多 却难测

中微子能量很高,在宇宙中数量十分庞大。多到什么程度呢?宇宙中每一个质子,对应有10亿个中微子。这么多的中微子,我们却看不到它们,甚至很难直接探测到。

中微子不仅非常小,而且不带电荷,几乎没什么质量。它们可以完全不受阻挡地在宇宙中穿行,不论是星球、星际尘埃,还是电磁场,都轻松穿过。正是因为中微子的这些性质,它们可以不受隔断地穿越地层。

据威斯康星大学物理学家Francis Halzen说:“每秒钟有10亿个中微子穿过我们的身体。”但我们却觉察不到,一方面因为中微子很少与物质发生作用,难以捕捉;另一方面,宇宙中由质子、中子等构成的“可见”物质,虽然数量远不及中微子,但却占据了我们的视野,因此也会干扰对中微子的观测。

这就是为什么中微子观测站往往埋在地下,为的就是过滤“可见物质”的干扰。从某种程度上说,对“可见”物质看得越清楚,就越难看到中微子。

*面向大地 眼望太空

“阿曼达”(Amanda)望远镜其实就是一个中微子观测站,它的结构同一般的“望远镜”也不同。这个由美国国家科学基金赞助研制的庞然大物身高有400米,还有308个像保龄球大小的感应装置。

但是它不是在天文台里,却被埋在南极1.5公里的地下。它面向大地而非天空,这就意味着尽管“阿曼达”位于南极,它的“眼睛”却可以透过地心望着北极的天空。当可见光和其他干扰信号、射线等都被地球的庞大躯体过滤掉后,“阿曼达”就可以“看到”中微子了。但是即使这样,“阿曼达”也不能看到中微子“世界”的全部。这是因为,即使穿越地球直径那么厚的物质,在1,010个中微子中也只有一个会与质子或中子发生反应。

虽然被地球蒙上了眼睛,“阿曼达”的“眼力”可是世界上独一无二的。

它能“看”到相撞的黑洞、Gamma爆、遥远星系的核心和星球爆炸后的残骸等等。国家科学基金的官员埃森曼(Aizenman)甚至认为,“阿曼达”不仅可以为已知的现象提供更多信息,或许还能发现我们不曾想像的事情或物体。

目前“阿曼达”的设计使命是研究中微子的高能形式,高能中微子所含能量是太阳放射出的低能中微子的1,000倍。另外,当宇宙中出现Gamma爆、黑洞相撞等剧烈天文现象时,都会产生中微子。物理学家希望,用它来搜索太空中以前未知的领域。据计算,“阿曼达”可以把中微子的运动方向精确到3.5度内,这个准确度足以揭示高能中微子的来源。

世界上第一个中微子探测器建于1968年,由美国物理学家雷蒙德.戴维斯等人,在美国的一个地下金矿中建造的。

目前世界上的中微子观测站有许多。美国、意大利、日本、加拿大、法国等都建造了中微子观测站。例如科学家们在加拿大安大略省苏德贝里(Sudbury)地下2,000米深的矿层中,建造了一个充满重水的球形中微子观测设备。法国的“安塔里斯”(antares)中微子望远镜则被安置在地中海深水中,这些观测站虽然设计原理不同,但都是利用地球躯体过滤其他信号。

 
法国安塔里斯中微子望远镜有许多球状的“眼珠”,它们将被放置于地中海中。(法新社)

*现实之外 仍有现实

中微子望远镜的设计思路是相当有启发性的。原因之一是它采用了一种看似反常的思维方式:要想看到通常看不到的,首先要蒙上眼睛。

中微子的数量几乎是质子的10亿倍,而采用常规手段却难以观测。这一事实背后的哲理既令人兴奋,又让人惆怅。我们对宇宙、生命的理解,往往是来自于经验,而人类的观测能力,即使藉最先进的科技手段,也是很有限的。

人们常说:天外有天。或许我们对现实的关注恰恰阻挡、干扰着我们发现现实之外的现实。而要想看到现实之外的现实,我们不得不首先放弃对现实的关注。中微子望远镜的启示恰恰在于这里。

亿万个中微子组成的画面到底是什么,我们目前还看不见,也摸不着。中微子的“世界”什么样?希望中微子望远镜能告诉我们,哪怕是一点点。(新纪元周刊第15期)(

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