要想看到通常看不到的 首先要蒙上眼睛

发布时间：2007-05-05 作者：方洪
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)(