中微子传奇，上篇：5、天体物理学家如是说

约莫16万8千年之前。大约16万8千光年之外。大麦哲伦星系蜘蛛星云内某处。SN1987A及其前身Sk -69 202所在地。

在经历了上千万年的内部核聚变并产生了数十亿度的内部高温之后，具有大约15~20个太阳质量、大约40~50个太阳半径的蓝超巨星Sk -69 202，其表面的平静开始难以掩饰内心深处剧烈的躁动，因为在一个具有大约1.5个太阳质量且主要由铁族元素所构成的极端高温、高压以及高密的内核形成之后，由于作为内核能量与压力主要支撑的电子被原子核大量捕获，而由此所产生的中微子又在迅速而大规模逃逸的同时带走了巨大的能量，再加上铁族元素本身的核裂变对能量的进一步消耗，于是在自身强大的内部引力的作用下，蓝超巨星赖以维系各种力学、热力学平衡的内部压力与能量支撑迅速被削弱乃至摧毁，至此，蓝超巨星的灾难性命运已经不可避免——先是内核崩溃，而后是外部爆炸，这样，整个蓝超巨星Sk -69 202便步入了其生命中最辉煌同时也是最悲壮的一幕：SN1987A的超级大爆发。

然而以上所说仅仅是一个超新星演化历史的浓缩版，而为了本文后续探讨的需要，我们显然还应该知道得更多；事实上，现代天体物理学家声称，一个具有大约15~25个太阳质量、40-50个太阳半径的恒星，如超新星SN1987A的前身蓝超巨星Sk -69 202，在其爆炸之前大致经历了以下演化过程或标志性事件：

（a）       在经历了上千万年的内部核聚变之后，该恒星形成了从外到内依次由氢、氦、碳、氖、氧、硅、铁等元素所构成的层状球形结构，并于最后形成了一个具有大约1.5个太阳质量、如地球大小、由铁、钴、镍等铁族元素构成的极高温度、极高压力以及极高密度的球形核心；

（b）       由于此时的核心之内，电子被原子核大量捕获、中微子又从其中大规模逃逸以及部分铁族元素的核裂变对能量的快速消耗等原因，核心之内的能量与压力支撑被迅速摧毁，于是在自身质量所诱发的强大内部引力之下，恒星的核心开始急剧收缩并崩溃（collapse）；

（c）       在内核（核心的内半部）崩溃的同时，外核（核心的外半部）以及恒星的中层、外层由于无法及时获悉内核崩溃的信息，于是它们暂时悬停于原来的位置；而另一方面，内核在塌缩至其密度为原子核密度的大约两倍即（4~5）*10¹⁴ g cm^-3之时，它又又开始向外反弹与扩张；

（d）       紧接着，恒星的外核与中、外层开始塌缩；于是反弹之中的内核与塌缩之中的恒星所有其余部分激烈遭遇并相撞，从而形成了一个向恒星表面以高超音速传播的威力强大的冲击波（shockwave）；

（e）       而后，在冲击波抵达恒星的外层与表面时，其巨大的能量把恒星外部相当于大约7~10个太阳质量的物质抛射向太空，并同时发出极为耀眼的光明，据说这就是我们看到的蔚为壮观、百年不遇的超新星SN1987A的大爆发；

（f）        最后，恒星的核心继续以中微子逃逸与电磁辐射等形式损失能量并增大密度，并最终形成了密度极大、温度极高、半径却只有大约10公里左右甚至更小的中子星（neutron star）或者黑洞（black hole）。

以上即是有关超新星爆炸的所谓“由引力诱发的核心崩溃论”（gravity-induced core-collapse theory of a supernova）的故事梗概；注意不同的版本会有一些差别，但其核心要素基本大同小异。

好了，让我们再次回到光子系列兄弟与中微子系列兄弟之间的超级长跑比赛一事上。

如前所述，根据记录，SN1987A的前身Sk -69 202于1987年2月23.08 UT（23日1时55分12秒）时的亮度仍为其平时的大约12级，亦即此时超新星SN1987A尚未爆发；不仅如此，通过使用分辨率只有大约7.5级的天文望远镜而直接观测的结果是，直至2月23.39 UT（23日9时21分36秒）它仍未爆发，但到了2月23.444 UT（23日10时39分21.6秒），该超新星却以大约6级的亮度明确无误地出现在了冲洗后的望远镜感光底片上。天文学家据此认定，SN1987A的爆发时间大致介于2月的23.39 UT与23.444 UT之间，比如可以取二者的平均值2月23.417 UT（23日10时0分29秒）为其近似爆发时间——尽管以上做法并非完全没有漏洞。这是来自于SN1987A的系列光子的有关情况。

而另一方面我们又知道，地球上的多个中微子观测站探测到了来自于SN1987A的系列中微子事件，这包括：（1）意大利的MBO大约于2月23日2时52分37秒开始探测到的5次中微子事件；（2）日本的K-II大约于2月23日7时35分35秒开始探测到的12次中微子事件；（3）美国的IMB大约于2月23日7时35分41秒开始探测到的8次中微子事件 ；以及（4）前苏联的BNO大约于2月23日7时36分06秒开始探测到的5次中微子事件。

于是可知，中微子系列兄弟的最早冲线时间（23日2时52分37秒）比光子系列兄弟的最早冲线时间（假定为23日10时0分29秒）早了大约7小时，这样，在针对光子的超级长跑大赛上，中微子的胜出似乎已经没有任何悬念，而事实上，不管是天文学家还是天体物理学家，不管是宇宙学家还是相对论专家，不管是粒子物理学家还是量子物理专家，所有这些科学家也都承认，是中微子先于光子到达了终点而不是相反。但问题是：最先到达了终点就等于跑得最快因而也就必然是优胜者吗？是呀；想必绝大多数读者会这样认为，而实言相告，acarefreeman起初也是这样认为的；但某些相对论专家却不干了：你们怎么知道中微子没有作弊啊？难道中微子从SN1987A出发时不可以提前偷跑吗？相对论专家的想象力如果非同寻常，看来一百多年来他们并非浪得虚名。

啊，是呀，谁能保证中微子在起步于16万8千年前16万8千光年之外的SN1987A所在地的那场超级长跑比赛中没有提前偷跑呢？再说了，如果中微子真的没有偷跑的话，那中微子的运动速度不是竟然要超过了光速了吗？可是任何物体的运动速度都不可能超越光速这可是某位“科学天才”在一个世纪之前就已经下了的结论啊，这怎么可以破坏呢？于是中微子“偷跑”或“被偷跑”的命运便似乎难以避免。

事实上，想象力丰富的不只是这些相对论专家，具有丰富想象力的原来还有支持这些相对论专家的某些天体物理学家，因为他们异口同声地告诉我们：在SN1987A尚未爆炸之前，正当其核心崩溃之时，亦即此前所介绍的其演化进程的阶段（b），由于拥有极强的穿透能力且处于高温、高压、高密的环境之中，同时又借助于内核塌缩时由天体的重力势能转化而来的动能，于是中微子便乘势逃出了尚未爆炸的超新星，这就是某些相对论专家与天体物理学家所说的“偷跑”；而相比之下，光子则只有经过了冲击波从内核生成、而后向外传播、最后再到达超新星的表面并把大量的外层物质抛出等过程之后，亦即以上所说的演化进程的阶段（e），世人才得以目睹它们耀眼的光明。

这样，中微子仿佛就是超新星派往地球的快马使者，它们一骑当先冲出了SN1987A，并最终轻松地领先于光子而到达地球；有意思的是，它们的到来也在给一部分地球人带来了欢快与惊喜的同时，也给另一部分地球人带来不安甚至惊悚；这正是：

上篇：超星未爆先谴使，一骑绝尘举世惊

上篇完。

后续篇目预告：

中篇——众说纷纭超光速，扑朔迷离中微子

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