要回答這個大問題,我們得先從小問題著手,比如說,我們是怎樣知道宇宙目前在膨脹的。我們敢說宇宙在膨脹,是根據(jù)我們附近星系的位置和運動。如果把我們附近星系的位置和運動放在一張圖上,圖中的一個軸表示時間,另一個軸表示遠離我們的距離,就能看出星系距離我們越遠,遠離我們的速度就越快。這就暗示著宇宙在膨脹。既然測量到宇宙正在膨脹,那么將來會怎樣呢?我們知道,影響這些星系運動的一個因素就是星系質量和暗物質質量的引力。引力會減緩膨脹,如果引力增強到足夠的程度,會使宇宙重新坍縮。為了證實到底會發(fā)生哪種情況,天文學家對宇宙中的物質質量進行了考察,發(fā)現(xiàn)宇宙中的質量根本不足以使宇宙重新坍縮,所以說宇宙會永遠膨脹下去。美國加州大學伯克利分校天體物理學家薩爾·波爾馬特、物理學家布萊恩·施密特以及亞當·里斯對宇宙膨脹進行了更進一步的測算后發(fā)現(xiàn),膨脹并沒有減緩,實際上似乎在加快。這個震驚世人的發(fā)現(xiàn)為他們贏得了2011年的諾貝爾物理學獎。目前,科學界針對這一課題正進行著大量的研究。然而,這些只是根據(jù)現(xiàn)有觀測在理論上得到的一個結果。從理論的角度來說,為什么會發(fā)生膨脹我們還根本說不清楚,還需要一些物理學家努力研究一番才行。如果有人能夠從理論的角度理解宇宙的加速膨脹,肯定還有一個諾貝爾獎在等著他。
中微子為什么會變味?
要解釋這個問題,得從電子開始。對一個以特定動量穿越空間的電子,可以用物質波來描述。這種物質波的波長取決于電子的質量,它在運動軌跡的某個位置的概率與波的強度成正比。那是一條平緩的線,所以很可能在其軌跡的任何地方被檢測到。現(xiàn)在再看中微子。制造中微子的一個辦法是通過原子核B衰變,所以一個中子衰變,就產生一個反電子的中微子。中微子是中性的,所以可以試著把它寫成兩種中性狀態(tài)之和:反中微子狀態(tài)1和反中微子狀態(tài)2,各自有其具體的質量,即質量1和質量2。由于兩種狀態(tài)的中微子質量不同,所以它們各有其特定的波長。當它們同相時,就是一個電子反中微子。因此,在開始和結束時,都是一個電子反中微子,只是在中間兩者相位不同的地方部分處于電子反中微子的狀態(tài)。也就是說,中微子在空間傳播的時候,電子反中微子的強度一開始時是100%,然后逐漸消失,直到所有電子反中微子全部消失后又逐漸出現(xiàn),達到100%。這一概率變化過程的距離會跨越好幾千米。