地下实验室
在报告中,他们就假装轻描淡写地强调了一件事,说这批中微子比光子早了3个小时到达地球。这是什么意思呢?这似乎是在暗示,中微子比光子的速度要快。但凡人们一听到超光速的科学实验,那无不是激动得热血沸腾。根据爱因斯坦相对论的说法。 光速是一切速度的上限,难道说爱因斯坦的相对论要被打破了吗?这不,还真是出大事了吗?咱们就得好好解释一下这个事。
在文章一开始就介绍过,泡利早就预言中微子是电中性的质量极小的粒子,因为中微子有质量,它的运动就不应该超过光速光速。为什么能够成为宇宙中运动速度的上限呢?就因为光子没有质量,所以才能跑得那么快,因为动能和速度的平方成正比。 中微子虽然质量非常小,但是它有质量,如果想要达到光速,那能量就会变得无穷的大。所以理论上中微子不会超过光速。
那么,为什么超新星爆发了之后,地球上先接受到了中微子呢?有的科学家认为,恰恰是因为中微子是电中性的,不与任何物质发生反应。所以超新星在爆发的时候,中微子是最先飞出来的,并不是说它的飞行速度比光子快,而是中微子先出发了。 这样呢,就解释了中微子超光速的问题。说来说去,主流学界认为中微子不能超光速。
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超新星爆发
但是,还有一个更神奇更开脑洞的说法。时间来到了2015年的6月,天体粒子物理学杂志刊登了物理学家罗伯特艾丽西的论文,他认为中微子能够超光速,而且和相对论并不矛盾。他是怎么解释的呢?他说,在某种参照系中啊,能量可能是负的。在表面上呢,就是中微子的速度超过了光子,但实质是什么呢?是这些中微子是逆时间而行的。他不是在向未来飞,他是向过去飞,我们观察者就误以为他是超光速的。
怎么样,这样的解释是不是很有想象力呢?到目前为止,还没有已知的观察证据,与艾丽西的结果相矛盾,因此它的假设不能被证伪,你不能说它是错的,当然你也不能说他是对的,你只能竖起大拇指说一句“有想法”。 艾莉希提出时光倒流的例子,这是一个非常有挑战性的想法,有不少科学家呢,已经顺着逆时间这种思路开始研究了。
第二个谜团,热暗物质之谜。时间来到2006年,哈勃太空望远镜拍摄了一张著名的照片,子弹星团照片中的蓝色区域拥有两大星系团中大部分的质量,但是我们却不知道这些黑暗中的质量是由什么组成的,科学家就称之为暗物质区域。这也是人类第一次观测到宇宙中的暗物质。
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暗物质
科学家计算。 暗物质占宇宙质量的26.8%暗物质为什么看不见呢?会不会是因为暗物质不与电磁辐射发生作用呢?这不恰恰就是中微子的特征吗?于是有了科学家就想到暗物质会不会就是中微子呢。但是,中微子不能解释所有的暗物质现象,科学家认为,中微子只是暗物质中的一种,称为热暗物质,还有温暗物质和冷暗物质。
这些呢,就更不知道是什么组成的了。 所以,别看人类已经取得了很多物理和天文学的成就,但是我们对宇宙的认识还停留在非常初级的阶段。下面再来介绍中微子的第三大谜团反物质消失之谜。
时间来到了1998年,还是在日本的神冈山下。这个时候,小柴昌俊已经退休了,他的学生梶田隆章成为实验的主要负责人,他们将原来的探测器升级了,起名为超级神冈探测器。这个探测器又立下了大功,发现了中微子振荡现象。所谓中微子振荡,就是指中微子会在飞行的过程中自发地变成其他种类的中微子。中微子有3种,称为电中微子、渺中微子和涛中微子。
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这3种中微子又有相对应的反中微子,所以中微子一共有6种形态。梶田隆章的这个发现,也使他获得了2015年的诺贝尔物理学奖。通过中微子振荡现象,科学家们就开始联想。 会不会其他的例子在某种特定的情况下也能产生震荡呢?或者说其他的粒子,当然最主要的就是电子了,能否与震荡中的中微子发生某种反应,被中微子带走呢?
比如说在宇宙大爆炸的第1秒之后,科学家就认为这个时候就产生中微子了,因为粒子在震荡的过程中改变了味道,于是在某一时刻正粒子突然比反粒子多了,正反粒子在相遇的时候会发生湮灭,所以宇宙中。 就只剩下了正粒子和少量的反粒子,就形成了一个我们今天看到的正物质的世界。