與外星文明溝通其實不難?《三體》裡的微中子通訊,科學家真的做過實驗?
我們已經向外發出訊息了
人類早有向天外打招呼的紀錄:1974年阿雷西博訊息把人類的 DNA、太陽系位置與人類形象用電波發向武仙座的M13,1977年航海家飛出天外時帶著「金唱片」,收錄了多種語言的問候、動物聲音與圖像。這些例子像是在夜市發傳單:我們有心,但不知誰會收到。
為何用電波不夠?
電磁波速度快,但宇宙尺度太大。銀河系直徑約十萬光年,訊號往返需要極長時間;而且電波會被塵埃、行星或恆星吸收或散射。尋找外星訊號的計畫(如 SETI)經年掃描,多年仍未有確鑿回音。1967年劍橋的貝爾發現定期脈衝信號,起先曾被懷疑為外星訊息,最後確定為高速自轉的中子星(脈衝星)。
微中子是什麼?
微中子是一種基本粒子,幾乎不與其他物質互動,能穿透厚重物質而不被阻擋。太陽每天送來的微中子數量驚人:每平方公分每秒約有數十億個通過你手指尖。微中子難以被偵測正是它能穿透障礙的優點與挑戰。
如何偵測微中子?
科學家用大水缸或冰層當偵測介質,等待稀有的微中子與原子互動,產生一絲淡藍光(切連科夫輻射),再由光電倍增管捕捉。日本的神岡(Super-Kamiokande)就是一個直徑、深度都很大的水缸,內部裝有上萬個光電管;加拿大的 SNO 用重水;南極的冰立方把探測器埋在冰中,巧妙利用環境當探測材料。
微中子通訊有實驗證明嗎?
有的。2012年,美國羅徹斯特大學與北卡羅來納州立大學團隊利用大型粒子加速器發出微中子束,穿透1公里距離(其中240公尺是岩石),由地下探測器接收,傳送詞是「Neutrino」。他們用簡單編碼:發射代表 1、不發代表 0,靠大量微中子堆出被動檢測的機率,平均每秒約0.1位元,錯誤率約1%。雖然速度與效率有限,但證明了可行性。
應用、優點與限制
微中子通訊的優點在於能穿透任何障礙:潛艇深海通訊、地下礦坑或月球背面無遮擋的直線通訊都有想像空間。缺點是設備龐大、發射需要強力加速器,接收需極敏感且大量的偵測器,目前資料率極低且成本高昂。
全球的進展
除了神岡、SNO、冰立方外,許多國家在擴大投資:美國的 DUNE 預計用地下深洞與強大微中子束做精密研究;中國在廣東江門建置大型探測器;日本也計畫升級超巨型神岡。這些設施主要為基礎物理研究,但也為未來微中子通訊技術留下可能性。
結語:能否用微中子跟外星文明搭訕?
從科學角度來看,微中子通訊已從科幻走向實驗室:它能穿透一切,但代價是設備巨大、效率低。即便微中子能成為跨天體通訊的一種方案,要在實際上用它聯絡外星文明,還需要極大技術進步與耐心。至於是否該主動聯絡外星人,這是科學以外的倫理與風險討論;但就技術演進而言,微中子確實把《三體》裡的想法,帶進了現實的試驗場。
