外星人如何尋找“外星人”

用電磁波尋找外星人?已經落伍了。我們需要學習一下外星人之間的通訊手段了。

電磁波:落後的通訊手段

地球上的人們一直在利用大型射電望遠鏡等設施來搜索、監聽可能來自外星文明的電磁波信號。這是很自然的,因為我們自己平時在通訊的時候,也是利用電磁波來接收和發射信號的。

由於現在通訊發達,電磁波在地球上幾乎無處不在;我們還利用電磁波指揮遙遠的宇宙飛船和空間探測器。這就容易給人造成一個錯覺,以為電磁波無所不能。而事實上,電磁波的通訊會受到許多條件的限制。

比如說,電磁波不能在深海里傳播,因為電磁波很容易被水分子吸收。潛艇為了傳送和接收信號,不得不經常浮出水面,這就把自己暴露在敵方反潛艇武器的監視之下,而且在海底游弋時也不利於地面及時指揮。

電磁波也不能穿透地心甚至崇山峻嶺,因為它會被地層和高山反射、吸收。為了把電磁波信號輸送到相隔萬水千山的另一頭,人們不得不利用大氣中的電離層反射,或者通訊衛星的轉播,或者乾脆直接在兩地之間鋪設電纜、光纜,聯成有線通訊網絡。

而當我們向廣袤的宇宙空間發射電磁波信號,以期外星人發現我們的時候,這些信號很可能會被中途的恆星和行星吸收或者乾擾,比如電磁波穿越恆星,其頻率就會發生改變。即使沒受到干擾,傳播一定距離後電磁波信號也會衰減,變得很微弱,以至於淹沒在一片噪聲中,無法識別。

這一切都說明電磁波通訊並不是萬能的。

穿透力極強的中微子

正因為如此,當我們搜索外星生命的時候,除了電磁波通訊,也要考慮到宇宙中另一種通訊方式的可能。這種可能取代電磁波通訊的方式就是中微子通訊。如果一個外星文明足夠發達,那麼他們向外發送的信號,也許不是電磁波,而是穿透力極強的中微子脈衝!

我們知道,電磁波在真空中以光速傳播,組成電磁波的基本粒子是光子。光子沒有靜止質量。而中微子雖然有靜止質量,但它在基本粒子中是最輕的,電子的靜止質量已經夠小了吧,而中微子的靜止質量是電子的萬分之一。中微子運動速度極快,差不多接近光速。

這個小塊頭粒子有一個奇妙的特點,那就是它跟物質的作用極其微弱。這個特點使它擁有強大的穿透本領。比如,穿越地球直徑那麼厚的物質,在100億個中微子中只有1個會與物質發生反應。

我們很少探測到中微子,其實中微子在宇宙中大量存在,估計每立方厘米有100個。比如在太陽上,每4個質子合成1個氦原子核的過程中,就有2個中微子產生,所以今天的太陽對我們來說是最大的中微子源。此外,在核反應堆裡每時每刻也在產生無以計數的中微子。當你在讀這篇文章的時候,成千上萬個中微子正在如入無人之境般地穿透你的身體呢。為了捕捉中微子,科學家往往要建龐大的探測器,而為了避免別的粒子乾擾,探測器還要深埋在地下。

正因為中微子的穿透本領極強,很難被物質阻擋,所以在某些特殊的環境,比如在深海中,我們就可以利用中微子來通訊。

中微子通訊有別於電磁波通訊之處是,中微子通訊只能以脈衝的形式進行。比如說,甲乙雙方事先約好把1秒鐘分成4等分,在第一個1/4秒,甲方的中微子發射器向乙方發射數以億計的中微子,乙方接收到中微子後,就把這個1/4時間段標為“1”,接下來的兩個1/4秒,甲方沒有發射中微子,於是乙方都標為“0”,最後一個1/4時段又有中微子接收到了,又標為“1”。這樣,乙方就得到了一個二進制碼“1001”。把這個二進制碼翻譯成文字,乙方就可以讀出其含意。這有點類似於考試時選擇題的一種普通作弊方法:在桌子上敲一下,代表選A,連敲兩下代表選B……等等。

當然,我們在這裡只是做個簡單說明,實際上要進行複雜的中微子通訊,也許要把1秒等分成上百萬個時間段才行。

讓潛艇接受中微子信號:

2004年,美國科學家為了驗證中微子通訊的可能性做了一個實驗。一束從美國芝加哥費米國家實驗室的加速器上引出的中微子束,被發射到700千米之外的一個廢棄的礦井,礦井裡埋著一個重達5000噸的液體中微子探測器。不過遺憾的是,平均12個小時才探測到1個中微子。

科學家說,這個結果至少要提高百萬個量級,即達到每秒差不多能探測到20個左右中微子,中微子通訊才有實現的可能。這就寄希望於將來人類能發明更強大的中微子發射器,每秒鐘能發出比目前多得多的中微子了。

那麼,即使我們有了足夠強大的中微子源,對於海底的潛艇又如何探測中微子呢?科學家設想,可以在潛艇外殼包上一層裝有中微子探測器的“衣服”,使整個潛艇變成一個巨大的中微子探測器。本來在陸上探測中微子,需要上億噸水作為介質,但對於潛艇來說,它外面就有現成的取之不盡的水,所以只要在它的外殼上裝上中微子探測器就可以了。當中微子與水作用時,會產生高速運動的電子,電子在運動時又會發出光子,只要探測到這種特殊的光子,也就相當於探測到了中微子。

不過很遺憾的是,因為發射中微子需要龐大的加速器,這種加速器不可能建在潛艇上,所以潛艇上只有中微子接收裝置,這就決定了中微子通訊只能是單向的,即只能地面向潛艇發出命令,潛艇卻不能通過中微子通訊給地面反饋信息。這有點類似目前的電視,你只能用電視接收電視台發給你的信號,卻不能用電視把你的意見反饋給電視台(當然,你可以通過別的途徑,比如打熱線電話跟節目主持人互動)。

假如外星人會發射中微子……

回到本文一開始提到的問題。由於電磁波通訊的諸多缺點,假如一個高度發達的外星文明掌握了中微子通訊技術之後,也許他們向外發出搜尋“外星人”的信號,不再是電磁波而很可能是中微子脈衝。而且為了不受宇宙中天然產生的中微子的干擾,這種中微子的能量要遠遠高於目前科學家探測到的這些中微子。如果真出現這種情況,地球人必須建造更加強大的中微子探測器,才能接收這些外星人給我們發來的中微子信號。

目前世界各地正在建許多大型的中微子探測器。比如科學家正在南極冰下架設一部叫“冰立方”的大型中微子探測器。這個設備由數千個探測器組成,最終科學家將把它放進一個1立方千米的冰塊中,這些探測器的鏡頭對準下方,以探測來自宇宙空間穿透地核之後的中微子。

科學家建造這些設備的目的,當然並不是為了尋找外星人。但是假如碰巧接收到了外星人發來的中微子信號——“餵!我們在這裡!”——那豈不讓我們不亦樂乎?

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