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打开宇宙之门
本文所阐述的,是一种比较复杂的膨胀模式。相信读者在看完之后,会对宇宙产生一种全新的、更加深刻的认识。笔者说明,由于中微子在本文中唱主角,所以这里首先介绍一下它的身世与特点,以便加深我们对它的整体印像。
中微子(不算它的反粒子)共有三种形态:电子中微子、缪子中微子、陶子中微子。它们虽然同属构成物质世界的基本粒子,但因极难探测,而且由它们所涉及的难解的宇宙之谜又实在太多,因此成为物理学界的“宇宙幽灵”。
但自中微子问世的半个多世纪以来,中微子到底有没有质量一直是物理学界的一桩悬案。标准模型认为,中微子的质量应该严格等于零(胡扯,没有东西我们研究它做什么)。但某些实验证据表明中微子的质量很可能又不是零。因此自中微子这一微粒面世以后,人们一直迫切地想了解中微子的质量真相。
20世纪的最后10年,以日本的小柴昌俊为首的一批科学家设计了“超级神冈”中微子实验室,他们在注满50000吨纯水的容器的内壁上安装了13000多个光电管,这个实验装置从1996年开始投入运作。到了1998年,也就是珀、施两个科研小组发现宇宙加速膨胀的同一年,小柴昌俊小组终于也给出了中微子有静止质量和振荡的确凿证据。这一成果在当时的国际物理界引起了很大轰动。
中微子的质量找到了,现在我们就可以展开对宇宙膨胀机制的研讨工作。中微子的质量非常微小,小到只及电子的百万分之一。但其总量又异常巨大,据说甚至要比全部显物质质量的总和还要大。与其他粒子相比,中微子的数量比它们要多出数十亿倍。这是因为宇宙能产生中微子的地方极多,比如超新星爆发、x射线双星、高速质子流、塞弗特星系和类星体等特殊天体,都是产生中微子的超级大本营(超新星爆发时,中微子会卷走其总能量的99%,而仅仅余下的l%,其发光量也要比太阳一生所发出的光的总和还要多)。除此之外,像遍布宇宙的太阳之类的普通恒星,也同样是中微子的发源地。虽然普通恒星的产量远不及特殊天体大,但由于此类恒星在宇宙中无可匹敌的数量优势,就必然要成为本文脱颖而出的一群“黑马”。我想如果通过大家对中微子的研究与探索,能从根本上改变人们对宇宙存在的总体认识,那么这种工作的意义无论怎样估价都不为过。现在就从太阳开始:
当太阳内部的核聚变不停地向外辐射光和热时,其核心两个氢核碰撞会释放出一个电子和一个中微子,四个质子聚变为一个氦核时,会释放出两个中微子。在整个太阳内部的聚变过程中,每秒所产生的中微子的数量竟然高达2×1024个之巨,然而这个数字所反映的只不过是太阳在短短的一秒内所产生的中微子量,如果改以日、月、年来计算,中微子的数量又该有多少?
中微子不带电,其静止质量几近于零,但核聚变所赋予它的势能又非常之强大,以上三大特征使中微子具有其他所有粒子都不具备的极强的穿透力。更令人惊奇的是它具有长期保持其强度的特殊能力:据说中微子不管跨越多大的历史时空,其超强势头一直不减。这当然是既难得又极其罕见的特点。但也并不一定如某些物理学家所预言和赞美的那样,说中微子甚至能一口气连续穿越8千亿个地球而毫发无损,这种说法肯定是错误的。而且正是由于这类错误的滥觞,阻碍了此后许多重大事件的发现。
中微子的长处亦源于它极微小的尺度和极怪辟的个性:若论其小,任何原子对它来说都无疑于一座空旷的山谷;若谈其怪,它除了对引力能产生微不足道的一点反应之外,和其