“大冻结”中微子发生暗能量效应

冷冻中微子可能引起了暗能量的作用，宇宙从大爆炸中诞生，它从炽热、高密的物质态开始了极速膨胀，宇宙物理学家称之为暴涨。没有一种令人信服的理论完美地解释了宇宙起源的奥秘，宇宙在诞生之后随即发生了崩塌，快速地膨胀为一片混沌的虚无状态，暴涨阻止了任何一个原子的形成。宇宙极早期的膨胀和物质、能量的出现取得了完美的平衡。

假如膨胀得过快，那么原子失去了形成的可能；假如膨胀得过慢，宇宙在引力作用下将会重新收缩。物质和辐射的密度在宇宙极早期的膨胀中几乎相同，这是宇宙极早期状态的一个关键点，在最终的演变中，宇宙可能出现了物质和能量辐射相互替代的极端点。宇宙年龄从几秒增长到几天，从几天增长到几年，从几百万年增长到几十亿年，当今的宇宙依然处于膨胀状态，物质和能量辐射的密度进入了下降通道，最终可能下降到零值。

我们的太阳和地球在宇宙膨胀过程的数十亿年后形成了，人类在太阳和地球诞生后的数十亿年形成了。物质匮乏的生存环境使得人们首先考虑物质生活的需要，即使超过了基本的物质生活需求，现代人依然感到高品质需求的不足。遥远星系出现了有趣的现象，经过极早期暴涨之后的宇宙的膨胀率出现了明显的下降，然后再次“提速”，从数十亿年前开始，宇宙开始了持续到今天的加速膨胀过程，通过对宇宙加速膨胀的测量，科学家发现了一种与加速膨胀完全匹配的现象，有许多名称概括这一现象，不同名称描述的现象有一致性，比如：宇宙学常数、空间自身的能量特性、真空能量、不变化的标量场。

真空的固有能量随时间变化，存在很小参数调整的回旋余地，可能是一个缓慢变化的标量场，还会出现更加精致的理论模型，但参数的主要部分没有变化，暗能量似乎真的是恒定的，由于宇宙的物质和能量密度随着大膨胀而下降，暗能量的作用变得十分明显，它宇宙中最重要的构成成分。可观测宇宙的体积持续增大，宇宙的物质和辐射密度出现快速下降，辐射波长被拉升，辐射能量进入更低的能态。暗能量表现了真空自身的特性，暗能量密度在宇宙膨胀过程中保持不变。在宇宙诞生后几千年，物质比辐射能量显得更重要，在几十亿年之后，暗能量则大大超过了物质的作用。

人们从今日宇宙似乎找到了宇宙最终命运的答案，宇宙的“命运交响曲”似乎指向一个孤寂、空旷的世界，在“荒无人烟”的苍茫太空，暗能量在“宇宙好声音”的大舞台最终胜出，宇宙万物最终脱离了万有引力的束缚，地球所在的本地星系团将会消亡。暗能量在理论物理学中是一个没有解决的最大难题。为什么是暗能量？好像人们在问，为什么是足球、而不是别的项目成了现代体育的第一运动？科学家一直在思考，什么因素使得暗能量占据了宇宙的主要地位？有一种自然力驱动了宇宙的加速膨胀，真空的固有能量不等于零，宇宙有点什么，不是什么都没有。

1998年，科学家团队发现了宇宙的加速膨胀，但他们一直找不到简单和有说服力的解释，对暗能量这一基本力没有给以理论的描述。以标量场解释暗能量的作用方式，标量场是一种精致的理论模型，但需要做出细致的调整。在近日发表的研究成果中，福格斯·辛普森等几位研究人员认为，假如一般标量场和宇宙中的中微子发生耦合作用，那么标量场将自动充当宇宙学的常数项，这依然反映了空间自身的固有属性。

福格斯·辛普森的理论模式解答了一个问题：为什么暗能量仅在几十亿年前开始对宇宙的演变发挥了重要作用？当宇宙冷却到足够的程度，中微子就成了非常相关性的因素。在宇宙年龄数百万年之前，中微子似乎没有出现什么不同，从理论上说来，中微子在和标量场的耦合过程中被“冷冻”，中微子“大冻结”产生了宇宙暗能量的效果。光有理论还不够，研究人员在实验信号中寻找中微子被“冻结”的机制，以便将冻结机制和其它的理论 模式加以区别。有些亚原子粒子可能有特别的衰变类型，比如：无中微子的双贝塔衰变，从一个原子核释放了两个电子，没有释放任何的中微子，衰变的实验结果在过去未曾有过。

如果福格斯·辛普森的理论模式正确，那么它将有真实性的明确信号，这将与其它的模型相区别。有些经过调整的理论模型可能包含了大质量的狄拉克中微子，但实验未能探测到狄拉克中微子的任何信号。可以类比中微子的“冷冻”过程。福格斯·辛普森解释说，中微子的冻结过程可以在经典力学中找到依据，好像一位自行车手在爬坡时用力踩踏板，以对抗坡度的上升，车手输出的动力可能无力、虚弱，但只要保持恒定的踩踏率，选择合适的档位，车手就不会考虑向后的滚动。

假如中微子和标量场产生了相互作用，好像新的理论解释得那样，那么人们不仅获得了暗能量的解释方式，而且实际上了解了可行的实验方法，以检验新的理论是不是最好的暗能量理论。证实或证伪是科学理论与非科学理论相区别的标准，科学不是不可证实或不可证伪的主观臆想，未经检验的理论只能是科学的假说。假如福格斯·辛普森的理论设想正确，那么这一可变化理论很好地解释了暗能量作用不断加强的宇宙学现象。

（编译：2016-7-18）