文章来源：“赛先生”公众号

　　美国HBO和英国天空电视台联合推出的五集电视迷你剧《切尔诺贝利》，凭借对史上最严重核事故的真实还原，对严酷环境下人性的深度刻画，受到美剧迷的热捧。

　　第一集开始阶段的场景就令人印象深刻，核电站出现一道蓝光，刺向夜空。

　　这是为烘托核灾难恐怖气氛而虚构的视觉效应，还是可以用科学解释的实际情景？

（图片来源：《切尔诺贝利》电视剧视频截图）

　　切尔诺贝利事故发生的时候并没有留下影像资料，但是有目击者陈述，他们确实看到了核电站上空出现有蓝光。这些陈述还被写入了事故调查报告，所以蓝光的出现应该是真实可信的。

　　那么恐怖的蓝光又因何而起呢？一些科普文章谈到，蓝光是由于切连科夫辐射。事实果真如此吗？接下来，就让我们先了解什么是切连科夫辐射，再探讨蓝光的由来。

　　老现象 新研究

　　切连科夫辐射以苏联物理学家帕维尔·阿列克谢耶维奇·切连科夫的名字命名。

　　切连科夫于1904年7月28日生于沙俄沃罗涅日一个农民家庭，1928年毕业于苏联沃罗涅日国立大学数学和物理系，之后做高中教师，1930年进入苏联科学院数学和物理研究所读研究生。两年后，他随导师谢尔盖·瓦维洛夫转至新成立的列别捷夫物理研究所。瓦维洛夫是发光研究领域的大牛，给切连科夫指定的题目是自己领域里的一个常规选题，研究放射线使液体发光的现象。

　　列别捷夫物理研究所诺贝尔奖得主宣传墙，从左至右依次为切连科夫、塔姆、弗兰克、巴索夫、普罗霍罗夫、萨哈罗夫、金兹堡（图片来源：维基百科）

　　水等透明介质经放射线照射会产生淡蓝色的光，这一现象早已经被前人所观察到了，但前人给出的解释是，蓝色辉光是一种荧光。这里说的前人可不是一般的人，其中就有居里夫人这样研究放射科学的权威。瓦维洛夫给切连科夫布置这个选题，仅期待自己的研究生把这一现象研究得更清楚些，没指望能得到什么颠覆性的成果。然而，作为初出茅庐的科研小将，切连科夫却做出了惊天发现。

　　当时，切连科夫连简单测量光强度的仪器都没有，他的导师瓦维洛夫因陋就简，研究了一套用人的眼睛测量光强度的方法，而应用这种方法，需要让眼睛先适应黑暗一个小时。切连科夫以极大的耐心和高昂的热情进行实验，几年如一日，每天先在漆黑的实验室枯坐一小时，让眼睛适应黑暗，然后以自己的眼睛为仪器，观察淡淡的辉光。切连科夫仔细去除液体中的任何杂质，换各种液体一遍遍重复自己的实验，最终确认他观察到的辉光不是荧光，并且液体所发辉光不是向四面八方均匀发出的球形波，而是圆锥形波。切连科夫发现了一种新的电磁辐射，后来这一辐射也被命名为切连科夫辐射。

　　核电站的核反应堆开机之后，关上灯，核燃料周围的冷却液里散发的美丽的蓝色光芒正是切连科夫在实验室里苦苦观察的新辐射现象。

　　核反应堆冷却液发出淡淡的切连科夫辐射辉光（图片来源：Youtbube： Bizarre Radioactive fluorescence inside the nuclear reactor）

　　新现象 老原理

　　切连科夫的导师瓦维洛夫将切连科夫的实验展示给同事理论物理学家伊戈尔·塔姆和伊利亚·弗兰克，和他们一起思考，实验现象背后的原理是什么。这其中主要涉及以下三个问题：

　　· 切连科夫辐射是如何产生的？

　　· 切连科夫辐射为什么有方向性？

　　· 切连科夫辐射为什么是蓝光？

　　在1937年，塔姆和弗兰克对切连科夫的发现及随之带来的疑问给出了圆满的解答。

伊利亚·弗兰克（左）和伊戈尔·塔姆（右）（图片来源：维基百科）

　　切连科夫辐射是如何产生的？

　　带电粒子运动速度发生改变会产生电磁辐射。那么，切连科夫辐射对应的是哪一种带电粒子呢？

　　切连科夫的实验发现，液体里面有电子在跑。

　　切连科夫用于照射液体的放射线是伽马射线，能量很高，可以把液体分子里的电子打出来。这是1920年代美国物理学家康普顿和他的中国研究生吴有训发现的现象，叫做康普顿效应，打出的电子也被称为康普顿电子。

　　高能放射线可以将原子里的电子打出来，这叫做康普顿效应，打出的电子叫做康普顿电子。（图片来源：Youbube： Compton Scattering）

　　通过用放射线照射液体，液体内部会产生运动的电子。但康普顿电子基本是匀速跑的，为什么会产生辐射？

　　康普顿电子在液体里面跑的时候，会扰动液体分子里的电子，受扰动的电子便会辐射光波，这就是切连科夫辐射的来源。

　　康普顿电子在液体里面跑的时候，会扰动液体分子里的电子，因此产生辐射。（图片来源：Youtube：How does Cerenkov radiation work？）

　　为什么切连科夫辐射有方向性呢？

　　如果康普顿电子跑得比光慢，受到扰动的分子辐射的光波的情形如下动图所示：

　　图中黑点相当于电子，圆圈为被电子扰动的的分子辐射出光波。电子速度比光传播得慢，光波向各个方向近似均匀辐射。（图片来源：Youtube： What is Cherenkov Radiation？）

　　图中每个圆圈表示的就是每个受到扰动的分子辐射的光波的传播。可以看出，此时光向各个方向传播，为球形波。