宇宙超高能射线是什么？对人类有什么影响？

上期我们说到，超弦理论需要极大的能量，我们即便创造出大强粒子碰撞器，也与需要的能量相差甚远。但宇宙中有超高能射线，比我们地球上的能量要高出许多，它是否可以用来验证超弦理论呢？今天我们就来探寻一下超高能量宇宙射线的秘密。

我们先来讲一下电子伏特，伏特我们知道，电池1.5V，就是1.5伏特，中国是220伏特的交流电，美国是110伏特。

伏特就像咱们人站在台阶上，从上面一阶一阶跳下来就会有势能转化成动能。如果一个电子发生了这样的移动，就会经由使用伏特的势能产生了伏特的动能，我们的计量这个能量转换的单位是“电子伏特”，它是一个电子在电场中释放的能量单位。引力场中的势能是牵动物质的，而伏特就是在电力场中牵动电子的。

人类制造出来的大强粒子碰撞器，可以拥有近十万亿电子伏特的能量，即10的13次方电子伏特。人类为了造出这么大能量的机器，足足用了50年多年的时间，花费了100多亿美金，可谓是浑身解数，血拼了！

而宇宙中的高能射线，能量可以有多大？我们往下看。

宇宙高能射线的发现

1909年，人类刚知道有原子、离子等超小粒子的存在。有一位法国人就发明了一个小仪器，目的就是去侦测这类可能在空气中到处乱飞的微小粒子。他发现，他的仪器灵敏度可以收听到讯号。至于是何类小粒子产生这些讯号，他暂且还没有概念。但不管如何，只要他的仪器吱吱响，就肯定有情况发生。

它发明了这个仪器后，就跑到了埃菲尔铁塔上面。爬到上面之后，发现测量的数值变得很大，于是他就写了一篇论文：在地面上测量与在埃菲尔铁塔上测量的离子量差很多。

但当时的人们不懂这个，也没有人理他，一直到1936年，科学家把1909年用的仪器放进一个气球里，不知道飞到多高，可能是几千米，发现了在天空中这个仪器的讯号更强，也就是说它收获了比之前更多的粒子。

于是科学家几乎确定，空中存在很多的高能量粒子。

最终，近代科学家们测量出，该仪器收集到的粒子的能量，可达到了一万亿亿电子伏特，即10的二十次方电子伏特。目前，我们人造的最强能量也仅有10万亿电子伏特（大强粒子碰撞器制造的希格斯玻色子）。所以现在量出的太空粒子，比地球上人类能制造出最强的粒子还要强上1000万倍。

高能宇宙射线来自何方？

调研结果是非常惊人的：宇宙怎么会有这么强的射线？于是科学家们开始做实验，尝试深入了解宇宙射线。

人们思考，宇宙射线是不是电磁波？答案：不是。科学家们发现，宇宙射线中含有“正子”，还有“反质子”。这两种粒子是宇宙射线最重要的成分，并且，根据我们目前的研究，宇宙射线中的正子可能有3000亿电子伏特，而比宇宙射线中电子拥有的100亿电子伏特，要高出30倍的能量。而反质子，有20亿电子伏特，比其中质子能量高出6倍。

丁肇中先生也做了这类实验，其中最有名的就是α磁谱仪实验，目前还在太空站收集数据，前期论文报告很可能把正子和暗物质连系上。

并且，正子、反质子有一个特点，就是无方向性。这说明了这类射线不是从太阳来的，也不是从任何一个天体过来的。所以我们可以初步判断，宇宙射线可能和宇宙起源有关，因为宇宙从0时开始大爆炸时就没有任何的方向性。

由此也可推论，这种极高能量的宇宙射线可能和宇宙大爆炸和暴胀有关。

目前，宇宙高能射线的来源有这么几种说法：

第一种是说来自银河系里面的超新星。 因为这需要很大的能量，才会有如此强的射线，一定会和光子有密切的反应，通过光子的推进，达到这么高的速度。超新星是经过重力坍塌、量子的反弹形成的，而经过这样的动作，超高能的宇宙测线也可能出现。

不过超高能的宇宙射线，一般会伴随γ射线，如果只发现超新星的轨迹，但没有看到γ闪爆，就差了些意思！

第二种说法，就是超高能的宇宙射线来自银河系外的神奇物质， 我们并不清楚。

宇宙射线对我们有什么影响？

首先我们要说对于人类的影响，大家可能知道很多计量单位，比如米、秒、分等等，但是有一个计量单位叫做希沃特（sievert），它是辐射的一种计量单位。

人的一生，最多能够承受1希沃特的辐射剂量，由于希沃特的单位算是非常大了，我们一般都会说微希沃特或毫希沃特。

平时体检时照的X光，每天生活中正常活动，都会消耗这个终身定额的剂量数字，还有，地球本身就有很多辐射，当然，宇宙射线也会造成人体承受总希沃特辐射值的增长。

我们之前讲过的火星旅行，就会对一生能够承受的希沃特总剂量造成大量的消耗。去火星的过程，因高能量宇宙射线肆虐，会承受250毫希沃特，来回就是500，已经消耗了人体一生所能承受剂量的一半。所以，一个人一生只能往返一次地球火星！

除此之外，宇宙射线还会改变地球大气成分，这就和温室效应相关。也会给环境一些辐射，每年大概是0.39至3毫希沃特。

再有，宇宙射线也会干扰我们的电子设备。我们电脑的开关是0或1，如果你在太空中，高能宇宙射线打过来，你本来开着的仪器可能就关闭了。更严重一些，甚至会直接搞坏你的电子仪器！

超高能的宇宙射线，我们想要捕捉、研究尚且很难，应用起来就更加困难了。至于宇宙射线能否拿来验证超弦理论的某些预测，我们只能说，它的能量的确比大强粒子碰撞器高出很多，但对超弦理论的验证来说，可能还是给不上足够的力。

三类高能宇宙射线可能都来自黑洞喷流

新华社北京１月２４日电 美国科学家最近提出，３种能量极高、身世神秘的宇宙射线，可能都来自星系中央巨大黑洞的喷流。

宾夕法尼亚州立大学和马里兰大学研究人员在新一期英国《自然·物理学》杂志网络版上发表论文说，他们提出一个新模型，首次通过详细运算解释了超高能宇宙射线、高能中微子和高能伽马射线这３类“宇宙信使”的起源，即在星系中央活动特别剧烈的区域，超大质量黑洞产生的喷流可以产生这３类高能宇宙射线。

宇宙射线是来自外太空的带电高能次原子粒子，每时每刻都有无数这样的粒子像雨一样倾泻到地球上，它们携带着宇宙起源和天体演化的信息，被视为“宇宙信使”。这些粒子的来源是宇宙学最大谜题之一，能量极高的那些尤为神秘。

超高能宇宙射线主要由原子核组成，携带能量超过１０的１８次方电子伏特，远远超出人类建造的最强大粒子加速器所能达到水平。中微子是一种质量极小、穿透力超强、与普通物质几乎不发生相互作用的基本粒子，高能中微子能量为１０的１５次方电子伏特级别。伽马射线是波长很短的电磁波，高能伽马射线能量为１０的１２次方电子伏特级别。

研究人员说，这３类高能宇宙射线的能量虽然相差几个数量级，但有着某种类似特征，可能同出一源。

旋转的超大质量黑洞一边吞噬物质，一边从两极喷出物质，速度可接近光速。模型显示，宇宙射线被喷流加速后，能量较低的那些被束缚在附近区域并冷却下去；而能量较高的部分可以逃离星系中央，穿越广阔的宇宙空间，成为被人类观测到的超高能宇宙射线。后者与星际物质进一步发生反应，产生高能中微子和高能伽马射线。

研究小组期待这一模型得到新数据的检验，尤其是来自下一代中微子探测设备和伽马射线望远镜阵列的数据。

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