@ 2013.12.03 , 10:18

WHAT IF: 害命的中微子

提问:我要距离一颗超新星多远,才会被中微子辐射害死?

(在物理科室听到的……)

「被中微子辐射害死」这句话听着有点奇怪。第一次听到这个问题以后,这话在我脑子里盘旋了好久。

如果你是干物理的,你就知道我是什么意思,所以我在这里先铺垫一前文,来说明为什么这个说法有点吓人:

中微子是一种「幽灵粒子」,他很少会和我们的世界发生冲突。摊开自己的手看看——每秒钟,都有上万亿个中微子从太阳奔袭而来,穿过你的掌心。

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但你感觉不到扑面而来的「中微子巨浪」,是因为中微子及其傲娇,它对于我们的物质世界不予理睬,平均来说,无时不刻身处中微子骇浪里,好多年才会有一颗中微子不小心撞到你体内的某个原子核上。(这和你的年龄有关系,小孩子质量小原子少,更不容易被中微子击中,我第一次被中微子打中大概在10岁所左右吧……)

事实上,中微子是如此隐秘,以至于它根本就没把地球当回事;基本上太阳喷出来的所有中微子都直接穿过地球而不会发生任何碰撞。为了抓住藐视地球的中微子,科学家们在地球上建起巨大的水箱,灌入成百上千吨的特殊材料,希望能中个彩,让人类亲眼目睹,让哪怕一颗来自太阳的中微子漏个小脸。

这就是说,如果有一台产生中微子的粒子加速器,想要把中微子送给地球另一头的一个中微子探测器,哪怕他们之前隔着大厦楼宇太平洋,千山万水煎蛋网,发射端要做的,只需标准对方就行了,根本不需要担心中间的阻隔,另一方就能签收(如果他运气好的话)。

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这就是为什么我会觉得问题里「被中微子辐射害死」这句话有点古怪的原因——里面有种很不协调的离奇量级关系。这句话就好像我说:「老子拔根毛就能撂倒你!」,或者「足球场里盛满了小蚂蚁」(这也只占全球蚂蚁总数的不到1%)。如果你懂点数学,这种事情就要像要对 ln(x)edx 求导一样——看上去答案是1,但其实不是那么回事。不是说这没有意义,只是我很难想象这种情况会发生。

同样的,要强迫如此傲娇的中微子团结起来去和什么东西发生关系的想法本来就有点离谱,我更难描绘中微子要加害于你的场面。

不过,超新星爆发却提供了发生这种离奇惨案,让中微子加害于你的条件。有个物理学老哥和我提到过这个问题,他在与超新星有关的数字计算上的经验之谈就是:你就猜吧,你有多大胆,就猜多大数,然后计算结果总比你猜的还要大。

所以,基于在那中地方发生的事情的量级,我问你:

-以传递给视网膜的能量计算,下面那个会更容易亮瞎狗眼:

  • 以地球距离太阳的位置,观察超新星爆发。
  • 一颗氢弹顶着你的脑门子爆炸。
  • [-]

    以我那位老哥的经验来看,超新星那条会赢。而且事实上也是如此……这流氓的能量,要比第二条高出了9个数量级。

    所以这是个有趣的问题;超新星猛到超出我们吹牛的边界,而中微子弱到超出我们吹牛的边界。所以,怎么样才能让这两件蛮不讲理的东西同仇敌忾加害于你呢?

    辐射专家 Andrew Karam 的一篇论文中给出了一些答案。文中指出,在超新星爆发期间,恒星内核塌缩为一颗中子星,1052 的中微子被释放出来(每一颗塌缩的质子都会放出一颗中微子)。

    Karman 教授算了一下,在一个「秒差距」(天文单位,相当于 3.26光年)的距离里,中微子辐射的强度,大概是半个nano-sievert个单位(毫微希沃特),或者相当于 1/500 吃一个香蕉过程中的辐射量

    而一次致命的辐射量大概是 4 个希沃特,用平方反比定律,我们可以计算得出:

    0.5 nanosieverts×(1 parsecx)2=5 sieverts
    x=0.00001118 parsecs=2.3 AU

    其中 2.3 AU 的长度,大概比太阳与火星的距离多一点。

    内核塌缩超新星爆发,发生在红巨星身上。所以,如果从这个距离观赏超新星爆发的奇景,你可能正身处于超新星形成的外层内。

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    中微子能不能达到害人的辐射强度,得看这个超新星有多大——如果你在1AU的距离观测——而且你能够扛住不会火化成灰、蒸发成雾,不为物理定理所撼化为某种绚烂的等离子状态——那一刻才轮到中微子达到了能害了你小命的密度。

    俗话这么说来着,「天下武功无坚不破,唯快不破」,只要够快,拔根毛撂倒你也不是不可能的。

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    本文译自 xkcd,由译者 Junius 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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