要回答这个大问题,我们得先从小问题着手,比如说,我们是怎样知道宇宙目前在膨胀的。我们敢说宇宙在膨胀,是根据我们附近星系的位置和运动。如果把我们附近星系的位置和运动放在一张图上,图中的一个轴表示时间,另一个轴表示远离我们的距离,就能看出星系距离我们越远,远离我们的速度就越快。这就暗示着宇宙在膨胀。既然测量到宇宙正在膨胀,那么将来会怎样呢?我们知道,影响这些星系运动的一个因素就是星系质量和暗物质质量的引力。引力会减缓膨胀,如果引力增强到足够的程度,会使宇宙重新坍缩。为了证实到底会发生哪种情况,天文学家对宇宙中的物质质量进行了考察,发现宇宙中的质量根本不足以使宇宙重新坍缩,所以说宇宙会永远膨胀下去。美国加州大学伯克利分校天体物理学家萨尔·波尔马特、物理学家布莱恩·施密特以及亚当·里斯对宇宙膨胀进行了更进一步的测算后发现,膨胀并没有减缓,实际上似乎在加快。这个震惊世人的发现为他们赢得了2011年的诺贝尔物理学奖。目前,科学界针对这一课题正进行着大量的研究。然而,这些只是根据现有观测在理论上得到的一个结果。从理论的角度来说,为什么会发生膨胀我们还根本说不清楚,还需要一些物理学家努力研究一番才行。如果有人能够从理论的角度理解宇宙的加速膨胀,肯定还有一个诺贝尔奖在等着他。
中微子为什么会变味?
要解释这个问题,得从电子开始。对一个以特定动量穿越空间的电子,可以用物质波来描述。这种物质波的波长取决于电子的质量,它在运动轨迹的某个位置的概率与波的强度成正比。那是一条平缓的线,所以很可能在其轨迹的任何地方被检测到。现在再看中微子。制造中微子的一个办法是通过原子核B衰变,所以一个中子衰变,就产生一个反电子的中微子。中微子是中性的,所以可以试着把它写成两种中性状态之和:反中微子状态1和反中微子状态2,各自有其具体的质量,即质量1和质量2。由于两种状态的中微子质量不同,所以它们各有其特定的波长。当它们同相时,就是一个电子反中微子。因此,在开始和结束时,都是一个电子反中微子,只是在中间两者相位不同的地方部分处于电子反中微子的状态。也就是说,中微子在空间传播的时候,电子反中微子的强度一开始时是100%,然后逐渐消失,直到所有电子反中微子全部消失后又逐渐出现,达到100%。这一概率变化过程的距离会跨越好几千米。