來自外太空的宇宙射線,揭開了吉薩大金字塔隱藏了數千年的秘密

2021-02-07 中國物理學會期刊網

約4500年前，古埃及人建立了吉薩大金字塔（又被稱為胡夫金字塔）作為法老胡夫的陵寢，它是吉薩金字塔群裡最古老、最大的一座金字塔。千年以來，關於金字塔的神秘傳說便不絕於耳，人們一直困惑於它是如何被建造而成的，以及它的內部結構究竟是怎樣的。2015年，為了在不破壞金字塔物理結構的情況下進一步揭開金字塔的神秘面紗，科學家展開了一項被稱為「掃描金字塔」（ScanPyramids）的計劃。


11月2日，《自然》雜誌刊登了關於這一項目的最新研究成果：科學家利用來自外太空的高能粒子，發現了胡夫金字塔內一直隱藏著一個巨大的中空結構。


○ 科學家認為在胡夫金字塔內發現了新的空白空間（白色陰影部分）。| 圖片來源：ScanPyramids mission


由於其本身的考古價值和新穎的探測技術，這一發現已經引起考古學家和粒子物理學家的濃厚興趣。哈佛大學的埃及學家 Peter Der Manuelian 評論說：「這是一個重大的發現，雖然內部結構的細節還尚不清晰。」 


胡夫金字塔在工程界一直是謎一樣的奇蹟，它由230多萬塊大小不等的石塊砌成，高140米，寬230米。它包含幾個較大的墓室，其中包括國王室（King’s chamber）、女王室（Queen’s chamber），和一個被稱為大甬道（Grand Gallery）的斜坡通道。


○ 研究人員使用安置在金字塔內外的µ子探測器（紅色星號標記位置），發現了大走廊上方的神秘空洞。| 圖片來源：ScanPyramids mission


這次新發現的中空結構位於大甬道的上方，它可能含有一個或多個隔間甚至走廊，但是粒子探測器的圖像能顯示的僅僅是這一空間的粗略大小，並無法得知其具體的設計細節。儘管如此，新的探測技術還是帶來了金字塔內部重要的建築結構信息，可以為世人看待這個最古老、最著名的奇蹟之一提供一些新的見解。


研究人員使用的是µ子探測裝置來對胡夫金字塔的內部進行探索，µ子是一種被稱為宇宙射線的高能次原子粒子到達地球大氣層時所產生的高能副產品。每分鐘，有數以萬計的µ子通過地球表面每平方米的面積。µ子是電子的表兄，其性質和電子幾乎一模一樣，除了擁有更大的質量（約是電子的207倍）。正是由於µ子的質量如此之大，因此能在巖石中穿越數百米才被吸收。這是一段很長的距離，相比之下，電子能穿越的長度只有幾釐米。


○ 來自外太空的宇宙射線在穿越大氣層時會產生許多的µ子。


通過將µ子探測器放置在胡夫金字塔基底和深處的區域，再計算從不同方向測量到的µ子數量，科學家便可在這古老而神秘的龐然大物內發現未知空間了。例如，如果放置在金字塔內部的探測器探測到從北邊來的µ子比南邊的更多，則表明在北邊能攔截入射µ子的石壁更少。如果在某一方位上探測到豐富µ子數目，則表明在該方位可能存在墓室。


○ 從放置在女王室的探測器中得到的µ子數據圖，圖中顯示了在國王室、大甬道和新空洞方向進入的多餘µ子。| 圖片來源：K. Morishima/Nature


要對胡夫金字塔這樣一個龐然大物進行µ子成像並非易事，因為這座神奇的建築能將99%的入射µ子擋在探測器之外，因此要想要發現墓室這樣的空白空間，需花上幾個月的時間才能收集到足夠數據。科學家最早一次將µ子成像技術用於考古發生在20世紀的60年代末期，物理學諾獎得主 Luis Alvarez 帶領了一個研究團隊，試圖在哈夫拉金字塔內尋找隱藏的墓室，可惜那次 Alvarez 他們並沒找到任何東西。但這次，科學家從胡夫金字塔中獲得了大大的驚喜。


○ 科學家在女王室安置具有核輻射膜的µ子探測器。| 圖片來源：ScanPyramids mission


科學家在女王室、一個相鄰的走廊內以及一個北部的基底上放置了多個對方向敏感的µ子探測器。這種µ子探測器會用到一種核輻射膜來進行探測，當µ子快速通過這些薄膜時，粒子與材料間的化學作用會在留下銀色的痕跡，研究人員從這些痕跡中推算出粒子入射的方向。探測結果是，在大走廊區域的上方發現了數量驚人的µ子，這意味著這裡有一片未知空洞。


○ 科學家在金字塔內外安置探測器，以了解金字塔內是否真的具有隱藏空間。| 圖片來源：ScanPyramids mission


為了驗證他們的發現， 研究人員還使用了不同類型的µ子探測器，被放置在王后墓室內以及金字塔基地的外面。當µ子通過它們時，探測器能產生電子信號。所有這三種探測器無一例外的都在大甬道的上方找到了隱藏的中空結構，他們將這一發現發表在了2017年11月2日的《自然》雜誌上。


○ 一個在金字塔外設置的µ子探測器。| 圖片來源：ScanPyramids mission


大甬道是一個南北走向經過金字塔中心的傾斜長廊，而新發現的中空結構高約8米、寬2米、長至少30米，它位於金字塔中心20米以上。我們還無法得知它內部的具體結構，它有可能是水平的，也可能是傾斜的。同時，我們也無法得知該中空結構的真正作用。


德克薩斯理工大學的物理學家 Nural Akchurin激動的說：「想像一下你作為一名考古學家，走進這間4000多年沒人走進過的空間，定能感覺到它的不可思議吧！」Akchurin 說，他希望這一發現能為µ子成像技術在全球範圍內被用來進行古蹟研究鋪平道路，尤其是對那些隱藏在深山老林中、傳統挖掘方式難以企及的考古遺蹟來說。


該項目的研究人員Tayoubi 表示，接下來他最想做的就是對埃及第二大的金字塔——哈夫拉金字塔進行相同的探測。雖然上世紀60年代 Alvarez 等人已經用過一次µ子掃描且並沒能找到什麼新的密室，但現在的探測技術已經得到了長足的發展，他說：「我覺得 Alvarez 是一位非常有遠見的人，他的思路是對的，只是太早了而已。我們夢想的就是通過進行哈夫拉金字塔的再一次實驗，向 Alvarez 致敬。」


目前為止，µ子成像已經完成了一件十分了不起的任務。但如果想更清楚的探索該中空結構的細節，則還需進行更多解析度更高的µ子成像實驗。這意味著需要在金字塔內部以及附近放置更多的探測器來收集數據，所花的時間也可能從幾個月變成幾年。但這些投入將會是值得的，因為金字塔內部結構掌管著的或許就是揭開金字塔建成之謎的鑰匙。再者，通過考古學家和物理學家誇領域的合作，來為我們揭開這個奇蹟背後的神秘故事也是件十分有趣的事。


參考連結：

http://www.nature.com/news/cosmic-ray-particles-reveal-secret-chamber-in-egypt-s-great-pyramid-1.22939

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