完美理想的中微子通信

今天，最方便而有效的通信工具就是无线电波，无线电波的波长从几毫米到几十千米，按照波长或频率，无线电波可分为长波、中波、短波和微波四个波段。长波、中波可以在中、近距离内传递信息；短波依靠地球表面大气层中的电离层反射，能够到达地球的任何地方，因而可以用它来进行全球通信；而微波则可以进行接力通信、卫星通信和散射通信。至于光通信当然具有许多优越性，但其庞大的网络设施需要耗费许多资源，而且其通信的范围也受到网络的限制。

现代光通信网络示意图

但是，从军事要求上来说，上述通信方法都有着严重的缺点，因为无线电台只要有无线电波发出，通信人能接收，别人当然也能接收，这就降低了通信的保密性。如果一方的军事情报被对方破译了，那么往往由此导致战争的失败。即使军事情报未被对方破译，对方也有办法对无线电波施加干扰，这样就无法获得正确的军事情报。更何况无线电波还往往受到太阳黑子活动引起的磁暴、雷电等外界因素的干扰。

中微子发现以后，许多科学家不约而同地想到未来可能实现一种理想的通信方式，即中微子通信。中微子通信是利用中微子运载信息的一种通信方式。中微子是一种质量极小，又不带电的中性基本微粒。它能以近光速进行直线传播，并极易穿透钢铁、海水乃至整个地球，而本身能量损失很少，因此是一种十分诱人的理想信息载体。我们设想让它沿地球直径穿越地球，其能量损耗只有一百亿分之一。还可让它潜身海底，遨游太空，出入子厚硕无比的金属墙，真是所向披靡，如入无人之境。显然，利用中微子进行通信比利用电磁波更加优越。因为，在高山、海洋的阻拦面前，电磁波便会显得软弱无力，而中微子毫不在乎。利用中微子通信，就不会再存在一些因受自然条件影响而不能光顾的地区，也就是所谓听不到广播、看不到电视节目的地区——“盲区”。

中徽子通信入地有门，探海有路

目前，无线电通信正在迈向实用化的道路。20世纪70年代以后，科学家对中微子通信产生了极大的兴趣，美国科学家将中微子加速器产生的中微子束，发送至远隔千山万水的另一端接收装置中，结果成功地感测到了穿山涉水而来的中微子信号。80年代，前苏联和美国进行了中微子通信的试验，获得了成功。1984年美国一海军基地的一艘核潜艇做水下环球潜行时，正是采用中微子通信保证了联系。人们已成功利用中微子（包括电子中微子和μ介子中微子）分别进行许多海下、地下试验，使中微子通信初显端倪。从某种意义上来说，中微子天文望远镜也是中微子通信实用化的一个成功领域。

中微子通信有着很高的应用价值，如果采用中微子束通信，则将为海军对潜艇进行保密通信提供强有力的手段；即使是发生了热核战争，安置在岩石深处指挥部的中微子束发射机不会受到原子弹的破坏，还能正常工作；地质学家用中微子波束可给地球拍照，寻找地壳中的矿藏资源。中微子通信除用于全球人类通信外，还可以穿透月球，与月球背面的空间站联系，或者作为“特殊信使”遨游太空，与在宇宙中飞行的宇宙飞船直接联系，为人类征服宇宙服务。科学家还设想发射中微子讯号让它在太空中穿行，去寻找外星人。

但要让中微子通信投入实际应用，仍然有许多有待进一步解决的问题，例如，如何用较简便的方法获得一些能量极高而又有足够束流强度的中微子束，以及如何对它进行有效的测控和点火等，都是技术难题。

由于中微子穿透性极好，中微子波束就可以在地球上乃至外层空间中任何两点之间进行直线通信，中微子通信有三个目标。

（1）把中微子波束用在地上，为了实现这一目标，美国计划：一让中微子波束从伊利诺伊州进入地层，穿过1000千米，到加拿大出来；二由4×108千电子伏的加速器产生的中微子波束，在地层中穿过2750千米后出来，到达一个信息目的地。如果这两项计划能够完成，证实中微子波束的作用，那么中微子通信技术就会迅速地发展起来。

（2）把中微子波束用在水下，由于无线电波不能在水下传播，所以直到今天，尽管电子技术已经非常先进，可是水下通信还是只能依靠声波来进行，接收水下声波的声呐，几十年来，虽然在技术上有了很大的改进，但是在本质上没有任何变化。远洋潜艇一进入水下，便成了与世隔绝的“孤舟”，而中微子波束可以在任何物质里以光速通行无阻，这样，水面船舶、舰艇和水下潜艇就可以直接通信；两艘水下潜艇，即使一艘在太平洋或印度洋，而另一艘在大西洋或北冰洋，也照样可以直接联系；当然，陆地上的指挥部，哪怕它是设在距地面500米深的地下室里，也可以毫无阻碍地指挥远在万里之外、活动在茫茫大海深处的潜艇。

（3）把中微子波束用在航天器航行的外层空间中，并用中微子波束来探索遥远的空间。无线电波有一个严重的不足之处，就是无线电波中的很大一部分不能穿透电离层，此外，无线电波还容易受到太阳黑子活动的干扰，也会在气候变化、核爆炸时发生变化。而中微子不带电荷，稳定，所以中微子波束完全不受电离层、太阳黑子等外界因素的影响。这样，中微子波束用于外层空间通信时，就可以以光速直达信息目的地，用于遥远空间探索时，也可以以光速直达探索目标。

这无疑是一项令人兴奋的技术。美国电气与计算机工程学教授丹·斯坦赛尔表示：“借助于中微子，地球上任何两点在无需使用卫星或者电缆情况下便可进行通讯。中微子通信系统要比当前的系统更为复杂，拥有重要的战略用途。”中微子几乎能够穿透所遇到的任何物体。所发送的信息能够直接穿过地球或者其他行星。这项技术不仅允许潜艇在海洋深处潜伏时进行远距离通信，同时也有助于与其他星球上的生命取得联系。

但是，正如参加此实验的美国罗彻斯特大学的物理学教授凯文·麦克法兰德所指出：“我们当前研发的技术需要借助大量高科技设备才能进行中微子通信，目前还不具有实用性。但这是我们朝着未来使用中微子进行通信迈出的第一步”因此，让这项通信技术得到应用仍有很长的路要走。

中微子在科学上的另一个可能应用是中微子地球断层扫描，使用高能加速器产生10亿～10000亿电子伏的中微子束，并加以调制，可以代替卫星进行信息传递，也可与地层物质作用产生局部小“地震”，从而进行层层扫描、勘探。换一句话说就是利用中微子通讯技术给地球做CT诊断。

日本在中微子的研究上居国际领先地位。日本KEK公司从事高能粒子加速器研究的科学家认为，强大的聚焦中微子流射到核弹药，特别是铀和钚弹头后，能使其失去稳定状态，发生故障。中微子流会使铀和钚原子中的中子产生振荡，最终导致核弹药熔化，并且不会产生连锁反应，不会发生核爆炸。更通俗地说，日本人正在研究一种中微子武器，它可以摧毁核弹，使之失效。

这个计划并不是神话，完全有科学根据。如能顺利建成一个功率强大的中微子发生器，形成可轻松穿过地球的中微子光束，使地球上任何地方的核武库发生故障，达到间接摧毁的效果。从理论角度上讲，这是完全可行的。

当然，这一切都只是理论上的设想，目前还存在巨大的技术障碍和经费的困难。事实上，如果要建造一个能形成几米厚、数万亿伏的μ介子中微子流的反应堆，至少需要5万兆瓦的能量。以目前的技术水平计算，这意味着反应堆面积将超过1000平方千米，对国土幅员狭小的日本来说，恐怕难以承受。何况据估算，仅建造类似装置一项就需要1000亿美元的费用。尽管中微子发生器技术方案切实可行，没有任何与物理定律相矛盾的地方，但这种可用于悄然摧毁敌方核弹药的反应堆在20年内难以实现。不过，20年后具体情况如何，我们只有拭目以待了。

我们应该记住，中微子波束武器在科学上和技术上目前并无理论上的难题，需要的只是经费和足够的土地。