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一、《2012》的隱形主角——中微子 美國好萊塢災(zāi)難大片《2012》最近在我國各地隆重上映。由于影片畫面震撼心靈，同時又植入了中國元素，因而受到了國人的普遍青睞，不到一個月票房收入就達(dá)數(shù)億元。在這部影片中，有一個隱形主角，引起了人們的廣泛爭論和惶恐。它，就是幽靈般的被導(dǎo)演賦予了無比威力的制造了地球毀滅災(zāi)難的中微子。 導(dǎo)演羅蘭•艾默里奇在影片中設(shè)定，2012年，太陽活動突然加劇，釋放出大量的太陽中微子。地核被太陽中微子急劇加熱，大量熔巖溢出造成大陸板塊漂移加速，從而引起劇烈的地震和火山爆發(fā)，并導(dǎo)致超級大海嘯，陸地幾乎全部被淹，由是演義出了一系列驚心動魄的故事。對于影片的這種設(shè)定，除了少數(shù)人將信將疑，誠惶誠恐之外，多數(shù)人認(rèn)為完全是沒有科學(xué)根據(jù)的無稽之談。 然而，無獨有偶。早在十多年前，筆者就在所著《中微子地球演化說》（武漢測繪科技大學(xué)出版社1999年出版）一書中提出了中微子可以加熱地核驅(qū)動板塊運動的論斷。該書的基本觀點為：太陽的核聚變在不停地向四周發(fā)射中微子，一些太陽中微子進(jìn)入地球內(nèi)部，與地球物質(zhì)作用，導(dǎo)致地核熔化，形成了地球內(nèi)部的圈層構(gòu)造，推動地核液體流動、產(chǎn)生地磁場、驅(qū)動板塊運動（大陸漂移），造成地震和火山爆發(fā)等一系列地球演化。 那么，中微子到底是一種什么物質(zhì)呢？它果真能夠深入到幾千公里以下的地核為其加熱嗎？ 二、中微子的身世 1930年，奧地利物理學(xué)家泡利為了解釋中子在衰變成質(zhì)子和電子（β衰變）時，能量出現(xiàn)虧損的問題，提出了一個猜想，認(rèn)為是一種不可探測的中性粒子帶走了能量。這種粒子隨后被意大利物理學(xué)家費米叫做“中微子”，以區(qū)別于中子。費米利用泡利的這個猜想成功地建立了β衰變理論，于是中微子很快被廣泛接受。但是，由于中微子不帶電、靜止質(zhì)量為零，穿透力極強，據(jù)估算，它們可以輕而易舉地穿透地球，因此，探測中微子十分困難。最后，經(jīng)過包括我國物理學(xué)家王淦昌在內(nèi)的多國科學(xué)家多年的共同努力，終于證明了中微子的存在。 1960年代初，美國科學(xué)家巴卡爾提出了一個太陽發(fā)光的標(biāo)準(zhǔn)模型，定量計算出太陽上發(fā)生的各種聚變反應(yīng)所輻射出來的能量（包括中微子攜帶的能量）。為了驗證巴卡爾提出的太陽模型，美國化學(xué)家戴維斯領(lǐng)導(dǎo)一個小組來測量太陽核聚變中產(chǎn)生的中微子。他將600噸含氯的工業(yè)溶劑置于3000米深的地下廢棄金礦中，通過化學(xué)方法探測太陽中微子。按照標(biāo)準(zhǔn)模型，平均一天多點的時間可以探測到一個太陽中微子。然而，在30年中，戴維斯總共才探測到約2000個太陽中微子，不到理論預(yù)測的三分之一。這就是有名的太陽中微子失蹤案。 為了解釋太陽中微子失蹤事件，有人認(rèn)為中微子發(fā)生了振蕩。當(dāng)時，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，中微子共有三鐘，即電子中微子、陶子中微子和繆子中微子。中微子振蕩理論認(rèn)為，太陽發(fā)出的電子中微子在飛往地球的途中，一部分變成了探測不到的陶子中微子或繆子中微子。 后來日本科學(xué)家小柴昌俊等人用實驗間接地證明了中微子振蕩存在。 但是，直到目前，人們對中微子的研究還處在初級階段，中微子的神秘面紗還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被掀開。對于中微子是否有質(zhì)量？如果有質(zhì)量，那么各種中微子的質(zhì)量是多少？中微子到底有沒有磁矩？等等，目前人們還不能做出完全肯定的回答。 三、中微子可以為地球加熱嗎？ 雖然中微子能夠深入地核，有加熱地核的條件，但是按照傳統(tǒng)觀點，中微子能夠毫不費力地穿透地球，不可能給地核加熱。這既有理論的計算，又有實驗的證明。對此，筆者另有看法！ 首先，中微子并非只參與弱相互作用。中微子與反中微子泯滅，可釋放大量能量；中微子與電子碰撞，會將一部分能量傳遞給電子；中微子在海水中傳播，還會產(chǎn)生契倫科夫輻射，發(fā)出亮光；等等。其次，人們在研究中微子的老大哥——中子時發(fā)現(xiàn)，有關(guān)中子的研究既有理論與實驗相符的，也有許多理論與實驗不相符的。如，按照理論計算，速度快的中子比速度慢的中子更易與物質(zhì)作用，可實際情況恰恰相反！快中子穿透力強，反而與物質(zhì)作用弱；慢中子與物質(zhì)作用的強度比快中子強百倍！目前關(guān)于中微子研究的實驗是十分有限的，我們不能用極少的與理論相符的實驗來禁錮自己的大腦。數(shù)百噸抑或數(shù)千噸實驗物質(zhì)不與中微子反應(yīng)，也不能斷定整個地球不與中微子作用。更何況地球內(nèi)部物質(zhì)的形態(tài)（有的處于等離子狀態(tài)）、所處的高壓和高溫環(huán)境等，與地球表面的實驗物質(zhì)極不相同！ 所以，我們不能被現(xiàn)有的關(guān)于中微子的不完善的理論所禁錮，中微子加熱地球非常可能！ 地球物理學(xué)家探測發(fā)現(xiàn)，地球從外到里分別是地殼、軟流層、地幔、外核和內(nèi)核，呈圈層結(jié)構(gòu)。那么，地球內(nèi)部為什么會形成圈層構(gòu)造？外核為什么是液體狀態(tài)呢？對于這些，傳統(tǒng)理論還不能做出恰當(dāng)?shù)慕忉?。其實，這些都是中微子造成的。 大家知道，地球大氣層也是分層結(jié)構(gòu)。其形成原因是各種宇宙射線和不同頻率的太陽輻射，分別在不同的高度與大氣物質(zhì)作用的結(jié)果。高層大氣物質(zhì)吸收帶電的粒子形成電離層，吸收紫外線形成臭氧層；在靠近地表的底層，大氣吸收可見光和紅外線，形成對流層等等。大氣的圈層構(gòu)隨著宇宙線和太陽光的強弱而發(fā)生起伏變化。有些次一級的層在夜晚沒有太陽輻射就會消失。因此，如果沒有宇宙射線和太陽輻射的維持 , 大氣分子的熱運動將導(dǎo)致大氣層逐漸變成均勻體 , 大氣的圈層結(jié)構(gòu)就會消失。 同樣地，地球內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)也是靠外部中微子輸入能量維持的。來自太陽的快中微子不能被地球物質(zhì)吸收。但是，當(dāng)快中微子進(jìn)入地球后 , 就被地球物質(zhì)散射、減速而消耗能量 , 慢慢地就變成頻率或速度與原子核中的中微子相近的慢中微子，最后被地球物質(zhì)吸收，并釋放能量。由于太陽中微子的速度 ( 能量 ) 不同 ,所以它們被減速、吸收的位置和形成的熱效應(yīng)也不一樣 , 于是就形成了地球內(nèi)部的圈層結(jié)構(gòu)。少量太陽中微子能量較低，經(jīng)過巖石圈減速就變成了慢中微子，并與巖石圈以下的物質(zhì)作用，釋放一定能量，使少量物質(zhì)熔融，形成軟流層。多數(shù)快中微子必須經(jīng)過整個巖石圈和地幔才能被減速成慢中微子，在地表以下 2900 至5050 公里處被吸收，釋放巨大能量，導(dǎo)致物質(zhì)熔融，形成液態(tài)外核。液態(tài)外核產(chǎn)生磁場，進(jìn)一步加劇中微子的減速和吸收，釋放更大的能量，這個能量又加劇了外核的熔融。 四、中微子加熱地球的證據(jù) 第一個直接證據(jù)是洋殼的變化。物理學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，在透明物體中運動的粒子，如果其運動速度大于光在在該物體中的運動速度，就會產(chǎn)生契倫科夫輻射，消耗能量。地球上有大片海洋，海水基本是透明的，中微子在海洋中的運動速度與光速相當(dāng)，大于光在海水中的傳播速度（光在海水中的傳播速度只有其在空中傳播的75%）。這樣，中微子進(jìn)入海洋后，除了被物質(zhì)的原子與電子等散射外，還要產(chǎn)生契倫科夫輻射，額外消耗能量。因此，中微子在大洋下面應(yīng)該先于在陸地下面變成慢中微子，也就是說，中微子大洋下面被吸收的距離應(yīng)該小于其在陸地下面被吸收的距離。事實正是如此！經(jīng)過地球物理學(xué)家探測，地殼在陸地的厚度為35公里左右，在大洋只有約8公里。地殼下面是近似液體狀的軟流層，為中微子被大幅度吸收的第一處。海洋的平均深度大約3公里，這就是說，3公里深的海水對中微子的減速相當(dāng)于27公里厚的陸地！ 第二個有力證據(jù)是環(huán)形山。地下2900至5050公里深處的外核，是液態(tài)，為中微子最大被吸收處。也就是說中微子需要穿過2900公里厚的物質(zhì)才開始被大幅度吸收。如果我們忽略天體的密度，那么，如果某一天體的直徑正好在2900至5050公里之間，那么可以預(yù)見，中微子從一側(cè)進(jìn)入天體，就會在另一側(cè)的表面與物質(zhì)發(fā)生作用，引起天體表面物質(zhì)熔融，從而在該天體的表面留下痕跡。 考查太陽系各個天體，我們發(fā)現(xiàn)，水星、月球等天體的直徑正好處在這個范圍。而這些天體表面最顯著的特點就是都存在大量的環(huán)形山。目前，科學(xué)家把月球上的環(huán)形山說成是撞擊或火山爆發(fā)形成的。這一說法無論如何也解釋不了直徑達(dá)數(shù)百公里和直徑只有數(shù)厘米的環(huán)形山是如何形成的；更解釋不了月球上環(huán)形山中套環(huán)形山比比皆是的現(xiàn)象。因為根據(jù)計算，兩顆隕石撞擊天體同一地方的幾率幾乎為零。 其實，環(huán)形山也是太陽中微子的杰作。月球的直徑3474公里，當(dāng)太陽中微子從月球的一面進(jìn)入月球，經(jīng)過月球內(nèi)部物質(zhì)的散射、減速，到達(dá)另一面時，就會被月球表面物質(zhì)吸收，并釋放熱量，致使月表物質(zhì)熔融。 熔融物質(zhì)向下滲透，引起表面物質(zhì)坍陷，于是就形成了所謂的環(huán)形山構(gòu)造。由于太陽和月球的運動，中微子的輻射不可能在某一地點保持不變，當(dāng)太陽和月球的位子發(fā)生變化后，原來發(fā)生熔融地方的中微子輻射就會減少，這時此處物質(zhì)對中微子的吸收便逐漸終止，熔融的物質(zhì)也開始凝固。然而，經(jīng)過一個周期后，太陽和月球又會回到原來的相對位置，于是太陽中微子又在此處被物質(zhì)吸收放熱，導(dǎo)致物質(zhì)熔融，并再次引起表面物質(zhì)坍陷，如此反復(fù)多次，就在月球表面形成了許多同心環(huán)結(jié)構(gòu)。 五、我們的腳下踩著定時炸彈 由于太陽中微子在不停地給地核加熱，經(jīng)過更長時間的熱量積累，它可能造成地?zé)崃骷哟?，使地表升溫以及?dǎo)致地震和火山爆發(fā)更加頻繁。地質(zhì)學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，地球歷史上曾有過多次周期性的地震和火山集中爆發(fā)的現(xiàn)象。據(jù)研究，大約2.6億年前的二疊紀(jì)時期，當(dāng)時還是一片淺海的峨眉山，曾發(fā)生過一場規(guī)?？涨暗男鋷r火山噴發(fā)?；鹕皆谒查g釋放了25萬平方公里的熔巖，面積相當(dāng)于五個英國威爾士?？傮w積高達(dá)50萬立方公里的熔巖，當(dāng)時引起了巨大的環(huán)境災(zāi)難，從而毀滅了全球超過90%的海洋生物以及超過70%的陸地物種。直到今天，在四川、貴州、云南等地還有大量的火山巖分布。還有人認(rèn)為，6500萬年前的白堊紀(jì)，南亞次大陸德干高原的一次大規(guī)模的火山爆發(fā)，則可能是導(dǎo)致恐龍滅絕的原因。 所以，在我們的腳下，地球的深部，正在不斷地聚集著能量，當(dāng)這種能量聚集到一定程度后，就有可能再一次地出現(xiàn)大規(guī)模地火山爆發(fā)或地震，重演地質(zhì)歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過的大災(zāi)難！ 雖然如此，但是有關(guān)2012年地球會被太陽中微子所毀滅的說法則是不可信的！首先，這種災(zāi)難既是必然會發(fā)生的，又是不可預(yù)測的；其次，當(dāng)?shù)睾吮恢形⒆蛹訜岬揭欢ǖ某潭?，能量就會從地殼的薄弱部分，如板塊交界處，以地震和火山的形式釋放出來。這種釋放有可能造成地球局部的大災(zāi)難，但是不足以毀滅整個地球。 目前，科學(xué)家對地球內(nèi)部的研究還很膚淺。通過儀器測量分析發(fā)現(xiàn)，地球內(nèi)部正在發(fā)生著變化，如地核在變軟，固體內(nèi)核在轉(zhuǎn)快，地磁場也在變化等等。但是，這些變化的動力因素是什么，會不會給人來帶來災(zāi)難，仍是見仁見智，眾說紛紜。 《2012》這部影片好就好在能夠給人們以警醒，激起科學(xué)家和公眾對地球內(nèi)部事物的關(guān)心，及早研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致地球內(nèi)部變化真正因素，從而避免災(zāi)難的發(fā)生。（張國文） |
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