在《流浪地球2》中,简短提到了“中微子传递信息”的片段,如果不了解中微子的朋友,想必不会注意,但被各国称为“幽灵粒子”的中微子,的确是人类迈向星辰大海的关键。
日本在地下1000米的地方,搞来了5万吨超纯水,目的就是为了“捕捉到”这类“幽灵粒子”,如今20多年过去了,日本成功了吗?
抛开一切不谈,假设人类成功“抓”到中微子,并且应用于现实,那么人类科技将发生翻天地覆的变化。
日本超级神冈探测器
在了解日本超级神冈探测器之前,得先说下“超纯水”,地球是一颗名副其实的“水星球”,水覆盖面积占到全部的75%,水总体积约13亿8600万立方千米,其中96.5%分布在海洋。
虽然地球上的水资源极其丰富,但要说超纯水,还得经过人工提炼,因为水作为溶液,很容易溶解其他物质,所以咱们日常中以为的水,其实是一种化合物,其他被溶解的物质会导致水内部的阴阳离子增多,水这才有了明显的导电性。
所谓的超纯水,简而言之就是内部除了氢氧元素,其他全都没有,目前提炼超纯水的办法主要为二级渗透法,先将普通水进行二次蒸馏,之后再将蒸馏水继续蒸馏,从而得到纯净的超纯水。
超纯水的电阻率高达18兆欧姆每厘米,绝缘能力是橡胶的1800倍,所以真正意义上的水属于超级绝缘体。
20世纪初,科学家在研究伽马射线时,发现了它具备不连续性,但物质β在衰变时,却呈现出连续性,所以科学家就判断,根据能量守恒原理,应该有一部分能量被电子“偷走”了,他们将其称为“中微子”。
虽然后面大量科学家用理论成功证明了中微子的存在,但毕竟谁都没有真正观测到过。
1982年,日本建立神冈核子衰变实验室,起初储存的3000吨超纯水,是为了监测质子衰变,但在1987年,因为大麦哲伦星云中某个超新星的爆发,意外监测到了太阳系之外的中微子,所以日本迅速调整方向,把神冈核子衰变实验室,升级成超级神冈探测器。
超级神冈探测器整体高41米,直径超过40米,储存的超纯水高达5万吨,探测器位于地下1000米,要知道我们地表无时无刻都充斥着粒子运动,之所以把超级神冈探测器设在地下,是为了隔绝外界信息和其他粒子运动。
中微子是什么?为什么要用超纯水来“钓”?
现实物质世界,追根溯源由各种粒子构成,从微观角度来讲,中微子就是其一,正如上文所说,早期科学家只是从理论上确认了中微子的存在,直到在一次偶然的实验中观测到了中微子。
中微子极其古老,科学家推测它或许跟宇宙起源有关,但是中微子质量极轻,本身不带电,很难跟其他物质发生反应,而且穿透力强,至少穿过地球轻轻松松,所以你的身体无时无刻都在被中微子穿过,此外,中微子的速度极快,所以“来无影,去无踪”的中微子,也被科学家称为“幽灵粒子”。
为什么要用超纯水来“抓”中微子呢?
中微子很难跟地球上的物质发生反应,所以就算每秒钟会有1000万亿个来自太阳的中微子幽灵般的穿过你的身体,你也没有任何感觉,也不会有损伤。
超纯水不同于普通物质,它没有导电的正负离子,还没有杂质,所以中微子在面对体积较大的原子时,可以直接穿过,但宇宙间的中微子实在太多,只要有任何一颗中微子撞击到原子核中夸克的那一瞬间,就会发出十分微弱的光芒,用超纯水的原理很简单,水元素结构简单,中微子撞击原子核的概率更大,所以海量中微子在穿过超纯水时,相对而言就更容易被专业仪器捕捉到二者相撞的瞬间,科学家通过大量数据就能对中微子展开研究。
所以日本在地下1000米,建立了储存5万吨超纯水的超级神冈探测器,被动等待中微子跟超纯水的撞击,以目前的科技还做不到主动捕捉。
研究中微子有什么价值?
1.研究星空
虽然地球在整个宇宙中,只能算作一颗微尘,但人类却拥有着无尽的好奇心,我们时刻希望用智慧来揭开宇宙的各种奥秘。
我们造出了哈勃望远镜,穿过一层层遮挡物,更加近距离且直观的了解宇宙星空,我们造出了“中国天眼”,来探测宇宙中的各种电磁脉冲信号。
在宇宙中的超新星爆炸时,会向外抛射出大量高能粒子,中微子的数量自然也是无比庞大的,如果我们能捕捉并且研究中微子,往小了说,可以揭开小恒星系演化的秘密,往大了说,没准也能掀开宇宙奥秘的幕布。
2.通讯变革
起初将各大陆跨海联系在一起是海底电缆,虽然稳定,不过很容易遭到人为破坏或自然灾害的影响,后来人类朝太空发射了卫星,不过有时候也会出现信号不稳的情况,而且万一发生战争,各国通讯卫星必然被列为第一梯队打击目标。
中微子是接近理想化的信息载体,它体积小、穿透性强、不与绝大多数物质发生反应,也就是说,如果实现中微子通讯,将真正意义上实现点对点的直线传输,就算穿透地球,对中微子来讲也是毫无难度,此外,中微子并不会对人类造成辐射伤害,属于清洁、高效的通讯方式。
还要提一句的是,意大利格兰萨索国家实验室认为,中微子秒速要比光速快6公里,如果这种理论是真的,是不是意味着可以穿越时间来传递信息?
流浪地球2中收到了神秘中微子信息,是不是真的来自未来?
当然绝大多数科学家认为,中微子的速度不可能超越光速,因为光速更像是宇宙中的“枷锁”,至于真相如何,还得继续研究,现在只是娱乐性讨论。
此外,如果人类掌握中微子,在军事领域将研发出中微子探测雷达,在没有制造出阻挡中微子的材料之前,一切隐蔽设施将再无秘密可言,不过人类想要掌握中微子技术很难,至于可阻挡中微子的材料,更是虚无渺茫。
除了日本以外,中国、美国等其他国家,同样早就对中微子展开了探测,例如我国即将在2023年投入使用的江门中微子实验,目前来看,中微子还无法被人类真正“抓”在手里,只能先通过介质来捕捉其信息。