神秘的中微子，宇宙的诞生为什么最终只剩正物质世界？

有这样一种理论，说在大爆炸之初，在真空的涨落之中啊，形成了正反两种粒子对，随着宇宙不断的膨胀呢，就应该产生两个世界，一个是正物质的世界。另一个是反物质的世界，但是无论科学家怎么观察，在这个宇宙中都找不到反物质世界，这说明在创世之初，有一个非常微小的变化使正粒子在数量上超过了反粒子，在相互湮灭之后就剩下了现在的正物质的世界。

那么这个微小的变化是什么呢？有的科学家认为可能与一种微小的粒子有关系，那就是中微子，这大概是人类距今为止发现的最神秘的粒子。

中微子

人类发现中微子完全是一个偶然的事件，时间要回到1930年的12月4日。年仅30岁的著名量子物理学家泡利给女科学家莉泽迈特纳写了一封信。在信里，他预言存在着一种电中性的从没有被观测到的小质量粒子。但是信发出去之后，泡利就后悔了，因为这个预言没有什么太大的依据，只是因为其他的物理学家在研究贝塔衰变问题的时候，发现能量不守恒了。

举个例子，现在考古学家都使用碳14定年法，用这种方法可以比较准确地确定古墓和文物的年代。碳14原子会转变为氮14原子和一个电子，但是这个时候出问题了，贝塔衰变之后质量不守恒了，缺了那么一点点，所以泡利就预言，缺失的部分是一种神秘的粒子。

大家经常说科学方法是什么呢？首先就是要大胆的假设，先去天马行空地想，然后再小心地去求证。 最后得到一个放之四海而皆准的实验结果，这是一套完整的步骤。

时间再到1956年的6月14日，有两位美国的科学家雷恩斯和考恩给泡利发了一封电报。这封电报是想泡里报喜，说他们终于发现了泡利预言的神秘粒子，也就是中微子。要说到这个发现，那可真是费劲了。他们是在一个叫汉福德的核电厂的核反应堆附近探测到中微子。

核反应堆

为了验证结果，他们还关闭了核反应堆。 用来检测发生率存在的差异，那可是核反应堆啊，那可不是开电视那么简单。所以说他们为了科学研究也真是拼了。但是皇天不负有心人啊，这个发现也为他们赢得了诺贝尔物理学奖。中微子从预研到发现用了整整26年的时间，可见中微子的发现是非常困难的，也难怪泡利自己都觉得是天方夜谭。

所以说，科学研究的第一步，就是需要科学家敢于去开脑洞。比如说，现在一说到弦理论，就有人很不屑，说从来没有观察到多维宇宙。但是弦理论在数学上能够很好地统一4种作用力，你不能说没有发现多维宇宙就去否定了弦理论。再比如说引力，有的理论物理学家提出，引力可以穿越各个平行宇宙，这是他们根据相对论找到了一种数学解，也不能说，因为没有发现平行宇宙就否定了这种可能性，可以说未经证实，但不能说平行宇宙。 一定不存在。

平行宇宙

再说回到中微子，为什么现在中微子一下子就成为物理研究中的显学了呢？因为中微子非常的神秘，我认为现阶段围绕着中微子，主要有三大谜团，第一个叫做超光速之谜。时间再回溯到16万8千年前，生活在东非大裂谷东部的智人，正在娴熟地使用自制的木头武器去狩猎。他们不知道日月星辰到底是什么，对世界的认知呢？也非常的有限。 就在这个时候，在银河系的边上有一个大麦哲伦星系，其中有一颗超新星，爆发了大量的中微子向周围扩散。经过了16万8千年的长途旅行，有一批中微子飞到了地球。

时间再到1987年2月23日，在日本旗府县神冈矿山地下1千米的深处，有一个神钢核子衰变探测器。这个大型的实验室刚刚改造完成没有几个月，突然间就接收到了11个中微子。这个实验的负责人，物理学家小柴昌俊一下子就火了，因为这是人类第一次接受的来自太阳系外的中微子。小柴昌俊也因为这个发现而获得了诺贝尔物理学奖。在捕获到中微子之后，日本的物理学家就认为出大事了，当然，出大事，这种话只能在实验室里说。对外呢，科学家是非常严谨的。

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。

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。

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。

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。

这是一个有关宇宙起源的非常重大的课题。核心就是研究中微子振荡。现在最重要的目标就是要给中微子3种味道的重量排序，这个方面最有可能出成果的是德国的Catering实验。事业时间来到2006年的10月，德国人天生就不怕下死功夫，所以他们经常会做出一些了不起的科研成果。 他们造了一个个头巨大重达200多吨的光谱仪。从地图上看，制造工厂和实验室的距离呢，只有350公里，但是因为个子太大了，陆路运输根本不可能，所以只能绕了一个大圈子。从海上运输走了8600多公里才走到。

在2019年的时候，Catering给出了第一批研究成果，将电子中微子质量的上限设定为1.1个电子伏特。这个质量有多小呢？不到电子质量的百万分之一。 所以说中微子的飞行速度能够接近光速啊，也是这个道理，就是因为它的质量太小了。通过测量中微子的质量，可以用间接的方法去印证宇宙大爆炸的模型。

宇宙大爆炸

假如天文学家们根据测量宇宙的密度推断出中微子的质量与在实验中直接测量中微子的质量不一致，那会产生一个什么样的结果呢？那就是一个翻天覆地的可怕结果，那很可能意味着宇宙大爆炸的理论是错的。

讲了这么多，大家可能就能理解为什么世界各国都在拼命的研究中微子。可以说，中微子是解开宇宙之谜的一把钥匙。日本的超巨型神冈探测器、德国的Catering、中国的江门中微子实验室、美国的冰立方天文台，都是最有潜力取得重大发现的实验室，而且他们的侧重点都不太一样，可以相互的印证，争取早日解开中微子之谜。

如果有一天科学家们突然宣布说，宇宙大爆炸理论不对，那么最有可能挑战这个理论的，目前来看就是中微子的研究。最后呢，咱们再说一句题外的话，对宇宙大爆炸理论进行挑战，还有一位美国的女科学家叫劳拉霍顿，她通过数学计算黑洞根本就不存在这个理论，现在也受到了很多人的关注，非常的有意思。