中微子：威胁人类的灾难已成实证

中微子

如果我们能够不只是靠理论猜测，而是通过直接观测了解到太阳内部进行的过程，那当然是再好不过。这看起来好像是绝对不可能的事情，其实并非完全如此。

在20世纪头几十年里，科学家们逐渐认识到，放射性原子核在发生裂变时常常会放出高速电子。这些电子的能量各种各样，占有相当宽的能量范围，但是差不多总是要小于原子核失去的总能量。这个现象似乎同能量守恒定律相违背。

1931年，奥地利物理学家泡利（Wolfgang Pauli，1900—1958）为了不违反能量守恒定律和其他几个守恒律，认为随同电子一起还有一种粒子同时发射出来，而这第二种粒子就携带着原子核失去的另一部分能量。为了说明有关的所有事实，不得不假定这第二种粒子不带电荷，而且也许还没有质量。这种粒子不带电荷又没有质量，探测起来自然十分困难。意大利物理学家费米（Enrico Fermi，1901—1954）把这种粒子称为“中微子”，在意大利语中原意是“中性小东西”。

中微子如果具有我们假定它所具有的那些性质，它就很难与物质发生相互作用。中微子穿过地球，就像穿过同样厚的真空一样轻而易举。事实上，它穿过紧挨着放成一排的几十亿个地球，也丝毫不会遇到什么麻烦。尽管如此，只要有发生相互作用的条件，每过一段长时间，一个中微子也能击中别的一个粒子。如果涉及许多万亿个中微子的话，那么，当这种中微子流穿过哪怕一个小物体，也会发生少数相互作用，从而让我们探测到中微子。

1953年，两位美国物理学家小克莱德·L·考恩（Clyde L.Cowan,Jr.，1919—1974）和莱因斯（Frederick Reines，1918—1998）一起研究了由铀裂变反应堆产生的反中微子。⁽⁸⁾他们让这些中微子穿过一些大水柜，的确观察到了一定数量的预期中的相互作用。这样，在仅仅是一种理论预言之后过了22年，人们终于用实验证实了反中微子和相应的中微子的存在。

根据天文学的理论，在太阳核心正进行着氢变成氦的核聚变过程，不断地为太阳提供能量。这个过程应该放出大量的中微子（不是反中微子），其数量占太阳总辐射的3%。其余97%的辐射都是光子，而光子是光和X射线这一类辐射能的最小单位。

在太阳核心处产生的光子必须要到达太阳表面，才能最后向空间辐射出去。然而，这要花很长的时间，因为光子极易同物质发生相互作用。在太阳核心处产生的一个光子很快就会被吸收掉，然后再发射出来，再被吸收，如此等等。一个光子从太阳核心最终到达太阳表面，尽管它在每两次吸收之间以光速行进，多半也需要花费100万年的时间。到达太阳表面的光子曾经过无数次吸收和发射的复杂历史，所以，根据它的性质是无法了解到太阳核心发生的事情的。

然而，中微子的情况却完全不同。中微子没有质量，所以也是以光速行进。但是，因为它几乎不与物质发生相互作用，它一旦在太阳核心产生出来，只需要2.3秒钟，就能径直穿过太阳物质而到达太阳表面（在穿行过程中，在1000亿个中微子中只有1个中微子被吸收掉，不能到达表面）。接着，这些中微子在空间的真空中运动，而那些正对着地球方向的中微子，只需过500多秒钟，就会到达地球。

我们如果能在地球上探测到这些太阳中微子，我们就能获得8分多钟以前在太阳核心发生的事件的直接信息。这里的困难是如何才能探测到中微子。美国物理学家小雷蒙德·戴维斯（Raymond Davis,Jr.）挑起了这一重担。他所依据的原理是：一个中微子有时会与一个氯原子相作用而产生一个放射性气体原子氩。即使只生成了少数几个氩原子，⁽⁹⁾他也能把它们收集起来而探测到它们的存在。

为此，戴维斯用了一个非常大的液体柜，其中装有37.8万升的四氯乙烯（一种常见的清洁剂，含有丰富的氯原子）。他把这整个装置安放在南达科他州利德的霍姆斯特克金矿的地下坑道里，同地面相隔有1.5千米厚的岩层。来自空间的所有粒子，除了其中的中微子，全都会被这一厚层岩石吸收掉。

此后，戴维斯就耐心等待氩原子的出现。如果目前公认的关于太阳核心内发生的事件的理论是正确的，那么，太阳每一秒钟都会产生一定数量的中微子。这其中必定会有一定百分比的中微子来到地球，它们之中又必定会有一定的百分比穿过装有清洁剂的液柜，而这后者当中必定会有一定的百分比与氯原子发生相互作用而生成一定数目的氩原子。根据生成氩原子速率的起伏和根据这种相互作用的其他一些性质及变化，我们也许就能对太阳核心内发生的事件作出某些结论。

可是，戴维斯几乎是刚一测到数据，就大吃一惊。探测到的中微子数目少得可怜，远少于预期值。液柜内形成的氩原子数，最多时也只有应有数目的1/6。

显然，关于太阳核心内发生的事件的天文学理论需要加以修改。我们对太阳内部的事情其实并未了解到多少。那么，这是否意味着有一场灾变正在酝酿中呢？(www.xing528.com)

我们无法回答。就我们所作的观测而言，在整个有生命的历史时期，太阳一直是十分稳定的，保证了地球上生命的延续。我们现有的太阳理论能够解释这种稳定性。我们也许不得不修改这个理论，但是，修改后的理论也必须要能够说明这种稳定性。无论如何，总不会由于我们必须去修改我们的理论，太阳就突然变得不稳定起来。

最后可以作一个小结：一种涉及太阳的变化而导致地球上不可能存在生命的第二类灾变在70亿年以后必定会到来，但在那之前肯定会有种种征兆。

比上述灾变更早，还有可能出其不意地出现其他第二类灾变，但可能性极小，用不着花太多时间去伤神费脑。

【注释】

(1)的确，倘若能量守恒定律成立，太阳能量供应的任何来源，不论它是不是来自引力，都必定会是有限的，也必定会消耗光。因此，能量守恒定律决定了太阳有生也有死。换句话说，太阳在以前某个时候一定不是我们今天看到的这种样子的天体，而在以后某个时候也一定会变成不是今天这种模样。这个结论肯定不会错，有争议的不过是过程的细节。

(2)在欧洲，那正是天文学的一个衰落时期，而那些无意识观看天空的人，可能过于笃信天空不变的古希腊教义，却不敢相信自己的眼睛。

(3)在那样远的地方发生的一次爆发，所发出的光看起来居然比金星还要亮，可以想见那次爆发一定非常猛烈。

(4)在发明望远镜以前32年间就出现过两颗肉眼可见的超新星，而那以后却再也没有出现过一颗肉眼可见的超新星，说起来真够让天文学家丧气。真的是一颗也没有！1604年以后观测到的最亮的超新星是1885年出现的，位于仙女座星系里。在那样远的距离，它曾一度亮到差不多能被肉眼看见，但毕竟还是看不见。

(5)在美国和欧洲，人们不会看到这颗超新星；因为半人马座α是南天中相当偏南的一颗恒星（双星），在北纬度地区是看不到的。但是，我们能感受到从南边吹来的热风，可以知道一定发生了什么事情。

(6)后面我们将会看到，好几个条件凑在一起，可以使情况变得对我们更为不利。

(7)耀斑多产生的热补偿低温黑子少放出的热而有余，所以一个有黑子的太阳比一个无黑子的太阳要热一些。

(8)反中微子同中微子除了某些性质相反以外完全相同。当某些原子核发生裂变时，同一个电子一起放出来的其实不是中微子，而是一个反中微子。

(9)在20世纪40年代末，一位意大利出生的加拿大物理学家蓬泰科尔沃（Bruno M.Pontecorvo，1913—1993）曾首先算出过这种事件的概率。