埃及(Egypt)吉萨最大的金字塔塔内掩盖结构被发

2019-10-30 05:50栏目:奥门新萄京娱乐场
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图片 1名古屋大学的科学家在王后室里铺设μ子乳胶胶片。图片来源:HIP Institute | ScanPyramids mission

国际学术期刊《自然》在线刊登了该项成果。关于胡夫金字塔的建造过程,人们意见不一。为了了解这座金字塔内部结构的更多信息,法国巴黎HIP研究所Mehdi Tayoubi、日本名古屋大学Kunihiro Morishima及同事利用μ子对金字塔进行成像。

图片 2吉萨金字塔群鸟瞰图。图片来源:HIP Institute | ScanPyramids mission

埃及金字塔的诸多未解之谜至今仍充满争议。如今,现代粒子物理学为这项考古活动带来了新的曙光。利用宇宙线成像技术,研究人员发现了埃及吉萨最大的金字塔——胡夫金字塔内的一个隐藏结构。

宇宙线产生的μ子非常多,来自各个方向。在地表上,每平方米每秒能有200个(由于地磁场的影响,不同的地方略有不同)。这些μ子对中微子探测实验会造成严重的影响。不过μ子穿过物质的时候会被吸收,被吸收的程度主要取决于穿过物质的材料、密度及穿过的路径长度,所以中微子实验总是在很深的地下,利用岩石来吸收μ子。在100米深的地下,μ子数会从地表的每平方米每秒200个减少到1个;到地下700米会减少到0.002个。位于四川雅砻江锦屏的中国锦屏地下实验室是现在世界上岩石覆盖最深的实验室,在2400米深的地下。在那里,每平方米每秒钟只能找到百万分之几个μ子。

近年来,μ子探测器已被成功应用于粒子加速器、福岛核反应堆内部成像或是国土安全领域。在传统建筑领域,探测器也被部署在罗马和那不勒斯的考古遗址中,用于探测一些已知的地下结构。

由于科学家已经把μ子与物质的作用研究得非常清楚了,所以可以很准确地通过计算机模拟μ子穿过不同物体时被吸收的程度。以前有个法国中微子实验模拟了它的地下实验室应该看到的μ子数,结果发现模拟数值跟实际观测测到的不一致。后来通过地质调查找到了问题所在,原来是实验室头顶上的山体有一部分密度异常,影响了μ子穿过山体时被吸收的程度。

胡夫金字塔高139米、宽230米,是世界公认的最大的金字塔。在该金字塔的不同高度,目前已知有三个房间,分别是国王密室、王后密室和地下密室。这些房间均处于南北垂直的平面上,由几条走廊相连。最引人注目的是宏伟的画廊。金字塔最原始的入口是始于北面的“下行走廊”,但今天游客们由公元820年左右哈里发马蒙开凿的隧道进入胡夫金字塔内部。

这一次,来自法国巴黎遗迹创新保护研究所(HIP Institute)的迈赫迪·塔尤比(Mehdi Tayoubi),来自日本名古屋大学的森本久由(Kunihiro Morishima),和他们的同事们,用μ子成像技术,终于有了些突破[3]。

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除了正好产生一对正反μ子的情况,μ子总是跟μ中微子成对产生。来自太空的原初宇宙射线在地球大气层中会产生大量的粒子,其中就包括μ子。伴随μ子的产生或者衰变,都会有μ中微子产生。反之也是这样。由于中微子本身不能被探测,科学家总是通过探测μ中微子与物质反应产生的μ子,来间接探测μ中微子。

1986年,一个研究小组使用微重力测量法对胡夫金字塔进行了调查。根据调查数据,研究小组在通往王后密室的走廊上钻了三个孔,希望借此找到一个“隐藏室”,但最终只观察到沙子。一个更近期的研究则用相同的数据驳斥了“隐藏室”理论。1988年,一个可以穿透地面的雷达调查发现,存在一个与王后密室走廊平行的走廊。但截至目前,这些理论既没有被证实,也没有被证伪。

科学家们尝试过用各种各样不同的技术来弄清吉萨大金字塔的内部结构,试过微重力探测,试过机器人拍摄,试过地质雷达勘测,然而这么多年过去了,几乎一无所获[3]。

测量设备

μ子(muon,读做“谬子”)常被称为μ介子,这来自历史上的一个误会。受电磁力是光子交换的思想启发,日本理论物理学家汤川秀树提出,核力的产生也是交换某种粒子的结果,并把这种交换粒子称为介子。根据原子核的大小和量子力学中的测不准原理,汤川秀树估计这种新粒子的质量应该是质子重量的五分之一。后来人们果然在宇宙线中找到了质量差不多的粒子,就把这种粒子叫做μ介子。但接着科学家又发现,μ介子跟核力并没有关系,并找到了真正跟核力有关系的π介子。这才发现μ介子并不是介子(由一对正反夸克组成),而是电子的表兄。除了质量比电子重两百倍外,其它基本性质跟电子几乎一模一样。

目前,人们对于胡夫金字塔的大部分理解来自于建筑调查和与其他金字塔的比较研究。现今已知的写于胡夫统治时期的资料于2013年被发现,但这些被记录在莎草纸上资料仅仅描述了建筑的物流过程,比如如何运输石块等等,而非建筑本身。至于胡夫金字塔的内部建筑结构,始终被神秘面纱笼罩着。

图片 4吉萨大金字塔的内部结构。图片来源:Wikipedia | 制图:Jeff Dahl

在这一次的研究中,科研人员追随了诺贝尔物理学奖获得者路易斯·阿尔瓦雷茨(Luis Walter Alvarez)的脚步。20世纪60年代,阿尔瓦雷茨曾经尝试利用来自大气的介子射线为埃及的哈夫拉金字塔拍摄类似X光片的透视图,以此考证该座金字塔内部是否存在更多的墓穴和坑道。

图片 5日本高能加速器研究机构的团队在王后室里架设μ子闪烁计数器。图片来源:HIP Institute | ScanPyramids mission

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塔尤比和同事们这次就使用了三种不同的μ子检测技术,在吉萨大金字塔内部新发现了一个大型的中空结构。他们估计这间密室至少有30米长,在大甬道的上方,有和大甬道类似的三角形横截面。可惜的是,μ子成像技术只能发现那里(应该)有这么一间密室,并不能告诉科学家这间密室的详细结构和作用。不过,这也是吉萨大金字塔里的大发现了。或许,在不久的将来,就有更新的技术能够一窥密室的真容,帮助科学家高清吉萨大金字塔的内部构造,揭开尘封了几千年的金字塔建造之谜。

胡夫金字塔也称大金字塔,建于胡夫法老统治期间(公元前2509年-公元前2483年),是世界上最庞大、最古老也最著名的建筑奇迹之一。长期以来,围绕胡夫金字塔的诸多奥秘,尤其是其中的密室及隐藏结构,人们始终难以达成共识。

当然,μ子成像还有很多其他的应用。比如福岛核电站损毁的反应堆,人不能呆在那里,假如放一个μ子探测器在里面或附近,就可以大致看见里面的情况,监视反应堆的变化。再比如,在小一点的火山旁边放上μ子探测器,可以监视内部岩浆的活动情况,预报火山爆发。

对胡夫金字塔内部结构的探测结果,充分展示了介子成像技术在呈现建筑物结构方面的能力。关于金字塔中的中空结构,依然有诸多假设是值得考虑的。尤其是,这个大空洞可能由一个或几个相邻的结构组成,它可能是倾斜的、也可能是水平的,更多细节值得被进一步研究。这也充分说明了,在理解古代金字塔结构及其施工的过程中,需要更多跨学科合作。

吉萨大金字塔里有三个已知的房间。一间叫“国王室”,相传是法老胡夫长眠的寝室;一间叫“王后室”;还有一个在地下未完工的房间。狭长的甬道连接着这些房间,南北向竖直分布在金字塔内部。

金字塔内部结构示意图

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