宇宙加速膨脹的一種可能:中微子交叉輻射

在自然界中，中微子共有三種形態：電子中微子、繆子中微子、陶子中微子。它們雖然同屬構成物質世界的基本粒子，但因其極難探測，成為物理學界的“宇宙幽靈”。中微子的質量極其微小，幾乎小于電子的百萬分之一。但其總量又異常巨大，據說甚至比全部顯物質量的總和還要大。

自中微子問世的半個多世紀以來，中微子到底有沒有質量一直是物理學界的一樁懸案。標準模型認為，中微子的質量應該嚴格等于零，但某些實驗證據表明中微子的質量很可能又不是零。20世紀90年代，小柴昌俊小組終于給出了中微子有靜止質量和振蕩的確鑿證據。這一成果在當時的國際物理界引起了很大轟動。

中微子的質量找到了，現在我們就可以展開對宇宙膨脹機制的研討工作。前面說過，中微子的質量非常微小，小到只及電子的百萬分之一。但其總量又異常巨大，據說甚至要比全部顯物質量的總和還要大。與其他粒子相比，中微子的數量比它們要多出數十億倍。這是因為宇宙能產生中微子的地方極多，比如超新星爆發、x射線雙星、高速質子流、塞弗特星系和類星體等特殊天體，都是產生中微子的超級大本營。除此之外，像遍布宇宙的太陽之類的普通恒星，也同樣是中微子的發源地。雖然普通恒星的產量遠不及特殊天體大，但由于此類恒星在宇宙中無可匹敵的數量優勢，就必然要成為本文脫穎而出的一群“黑馬”。我想如果通過大家對中微子的研究與探索，能從根本上改變人們對宇宙存在的總體認識，那么這種工作的意義無論怎樣估價都不為過。

現在就從太陽開始：當太陽內部的核聚變不停地向外輻射光和熱時，它的2個氫核碰撞會釋放出1個電子和1個中微子，4個質子聚變為1個氦核時，會釋放出2個中微子。在整個太陽內部的聚變過程中，每秒所產生的中微子的數量竟然高達2×10³⁸個之巨，然而這個數字所反映的只不過是太陽在短短的一秒內所產生的中微子量。如果改以日、月、年來計算，中微子的數量又該有多少?

中微子不帶電，其靜止質量幾近于零，但核聚變所賦予它的勢能又非常之強大，以上三大特征使中微子具有其他所有粒子都不具備的極強的穿透力。更令人驚奇的是，它具有長期保持其強度的特殊能力：據說中微子不管跨越多大的歷史時空，其超強勢頭一直不減，這當然是既難得又極其罕見的特點。但也并不一定如某些物理學家所預言和贊美的那樣，說中微子甚至能一口氣連續穿越8千億個地球而毫發無損，這種說法肯定是錯誤的。而且正是由于這類錯誤的濫觴，阻礙了此后許多重大事件的發現。

中微子的長處亦源于它極微小的尺度和極怪僻的個性：若論其小，任何原子對它來說都無疑于一座空曠的山谷；若談其怪，它除了對引力能產生微不足道的一點兒反應之外，和其他任何粒子都老死不相往來。所以多年來盡管人們對它青眼有加，但若認真想與其對話卻是難上加難。不過世上畢竟沒有絕對的事，中微子盡管桀驁不馴，卻終不免有失手露怯之處。專家測算，平均每100萬個中微子穿越地球之時，仍然有1個會與地球大氣產生反應。如果這一推論正確，那么這百萬分之一的中微子，就有可能是我們打開宇宙之門的一把特殊的鑰匙。

不過這“唯一”的一把鑰匙也只能給人一點兒啟示而無任何實際用途。因為經過計算，我發現利用大氣原子來阻擋中微子的沖擊根本行不通：對于中微子那極微小的尺度，即便鎢和鉛那樣致密的金屬都形同無物，空氣中疏松的分子、原子、質子、中子和電子如何能擋得住中微子的腳步?可是，中微子就真的能夠在龐大的宇宙中橫行無忌嗎?

時至今日，現代天文物理學確實是這么認為的。他們當然不無道理，因為無論其尺度和勢能，中微子的確具有橫行宇宙獨步天下的能力。

但是他們忘記了其中最重要的一點：即“不管中微子有多么微小，它畢竟不為零，只要其質量不為零，就不可能逃脫物理法則即引力對它的約束”。換句話說，憑借其極其細微的尺度，哪怕它能夠輕易穿越恒星內部最致密的空間，甚至有本事穿越連原子甚至質子都能被壓碎的白矮星和中子星，也絕不可能無視大質量恒星的引力中心。與大質量恒星的引力中心那勢力超凡的引力場相比，中微子再強的勢能也顯得微不足道。所以盡管現在尚未曾做過任何一項哪怕最基本的物理實驗，我仍然有絕對的把握斷言：一切恒星中心的引力場，都是中微子所無法逾越的天然障礙。因此在引力尚占主導地位的星球星系，一束中微子不遠萬里地從宇宙深處飛來，突然在大質量恒星中心的引力場中碰壁，從而在該恒星與其出發點之間產生了一個力矩。于是，宇宙的膨脹之門便從這里開啟。

物理學家計算，星際空間平均每立方厘米每秒通過330個中微子，其密度僅次于光子，但其單位勢能卻是光子的千百倍。所以當每秒千百萬億的中微子與恒星的質量中心不斷產生斥力矩，其排斥力即推力之大是可想而知的。

那么導致宇宙膨脹的中微子量又該如何統計和計算呢?這里有一個簡單的方法，不妨仍以太陽為例，設：

太陽每秒約產生2×10³⁸個中微子，以上的乘積先乘以銀河系恒星的數量2000億，再乘以總星系的數量500億，以上的得數再加上特殊天體所貢獻的20％，這個數據就應是整個宇宙已知天體每秒所貢獻的全部中微子量。

中微子的總量得到了，下面再來看看中微子究竟是如何導致宇宙的加速膨脹的：在三維立體四維時空的宏觀宇宙中，在300億光年那碩大無比的空間之內，到處都分布著星云星系，到處都充斥著勢力超群的中微子源。現在我們不妨設想一下：如果銀河系以其2000億顆恒星共同組成一個統一的斥力維，宇宙其他方位的500億座龐大的星系形成另外500億個斥力維，當這些斥力維在宇宙的各方位、各角度同時在其核反應的過程中向外噴射超強勢的中微子流時，這500億條每條都寬達數萬甚至數十萬光年的中微子長河，就會在整個宇宙空間中交織出一張碩大無比的密密麻麻的“天網”。在這座“天網”中，眾星系都利用自己“手”中的中微子“大炮”不停地向外轟擊：它們互相進攻，互相沖鋒，互相推搡，互相排斥，它們你推我、我推你，大家合力往外推，于是星系開始分離，宇宙開始膨脹。

那么宇宙究竟是何時開始加速膨脹的呢?其實在星系剛剛分離的那一刻就已經開始了，不過初始加速的幾率相對較低而已。其具體機制是：由于中微子的斥力線極長，而星系的引力線相對較短。因此隨著星系距離的逐步加大，星系間的引力線衰減較快，中微子的斥力線則衰減較慢，所以所謂的宇宙加速膨脹，不過是引力與斥力二者間比例失衡的結果——引力逐漸勢微，斥力仍然強勁，星系的移動速度自然呈遞增態勢。于是宇宙加速膨脹的效應逐漸開始顯現。可是星系問的斥力能夠導致宇宙膨脹，恒星之間的斥力為什么就不能讓星系膨脹，最后分崩離析呢?這的確是個問題，不過此問題倒不難解答：第一，星系間的空間大，相互間的引力弱，而中微子的斥力又較少受距離的影響，因此星系之間就比較容易分離；第二，星系內的空間小，恒星間的引力大，而中微子的斥力又不足以抗衡星系質量中心的強大引力，所以星系才得以維持原狀，不至于被斥力所拆散。

當然正是由于中微子的作用，星系才沒有被引力所塌陷，人類才得以存在。所以我覺得人們若思感恩，最應感謝的就是微不足道的中微子：沒有中微子，咱們人類至今沒準還窩在量子世界里打轉轉，一切都談不上了。

話到此處，我覺得不說也會明白，其實所謂的中微子，就是人們到處尋找卻一直找尋不到的暗能量。因為在現今世界上，似乎也只有中微子這種極特殊、極乖戾的粒子，才具有暗能量所需要的全部特征：極大的總量；極小的單位；極高的速度；極強的勢能；極長的壽命；極孤僻的個性。

通過上面的論述可以看出，我們現在所討論的乃是理論上的純粹的暗能。除此之外，還有一種實際存在也正在起作用的廣義的暗能量：這個暗能量的概念就是除中微子外，整個大宇宙從伽馬射線到射電波的全波段的電磁輻射。因為所有這些發射性粒子都帶有天然的斥力矩，所以它們甚至包括無所不在的明亮的光子在內，都應該收在我們的暗能量之列。

最后根據上述事例，我覺得似應設立一個屬于我們自己的宇宙學常數。這個數據不一定準確，卻能夠比較準確地體現我們對質能世界的總體認識。不致過于偏頗：顯物質為20％，暗物質為30％，暗能量為50％。

上述比例表明：顯物質與暗物質相加，恰好等于暗能量的總量；反過來暗能量與暗物質相加，則等于顯物質的4倍。四乃方位之數，無論上下左右還是東西南北，四維時空再加上空間中的物質就等于宏觀的宇宙。我相信在緩慢膨脹的無限空間中，相對平衡的質能關系也許會更適合于宇宙存在的真諦。