在科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中，總是會有傲慢自大的人認(rèn)為科學(xué)已經(jīng)走到了盡頭——我們已經(jīng)接近找到終極問題的答案了,。在科學(xué)的發(fā)展中有許多這樣的例子,。當(dāng)科學(xué)家認(rèn)為牛頓力學(xué)就足以描述萬物時，他們發(fā)現(xiàn)了光的波動性質(zhì),。當(dāng)麥克斯韋統(tǒng)一電磁學(xué)時,，物理學(xué)家認(rèn)為所有的秘密都已被揭開，然而很快就誕生了相對論和量子力學(xué),。而當(dāng)質(zhì)子,、中子和電子被發(fā)現(xiàn)后，許多人認(rèn)為物質(zhì)的本質(zhì)已經(jīng)全被知曉,，直到高能粒子物理學(xué)為我們帶來了一系列的基本粒子,。如果我們能夠從中學(xué)習(xí)到什么，那就是應(yīng)該在自然面前保持謙遜,。

在過去的25年里,，有五個令人驚喜的發(fā)現(xiàn)改變了我們對宇宙的認(rèn)知，而且每一個都具有潛力能夠帶來一場更大的革命,。

 1. 中微子質(zhì)量 

太陽之所以會發(fā)光,，是因為在它的核心內(nèi)不斷進(jìn)行著核聚變反應(yīng)，這個過程會釋放出一種神秘的粒子,，叫做中微子,。可以說太陽是一個巨大的中微子工廠,。根據(jù)粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型,，中微子是沒有質(zhì)量的。

當(dāng)科學(xué)家試圖計算來自太陽的中微子的數(shù)量時,，他們發(fā)現(xiàn)在實驗設(shè)備觀測到的太陽中微子數(shù)目只有理論預(yù)言值的三分之一,。為什么？太陽中微子失蹤之謎困擾著物理學(xué)家許久。直到近年來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽中微子本身從太陽穿行到地球的過程中發(fā)生了變化,，它們會從一種類型轉(zhuǎn)化為另一種類型,，這被稱為中微子振蕩。而之所以會發(fā)生變化是因為中微子具有非常微小的質(zhì)量,！

△ 三種中微子,。

對于天體物理學(xué)它意味著什么？中微子是宇宙中含量最豐富的粒子,。如果他們有質(zhì)量,，意味著它們：

• 占據(jù)了暗物質(zhì)的一小部分比例；

• 會與其它物質(zhì)共同形成星系結(jié)構(gòu),；

• 或許會形成奇異的費米凝聚,；

• 或許和暗能量之間有聯(lián)系；

• 很可能是馬約拉納粒子,，那么久可能存在一種全新類型的核衰變,。。
  

科學(xué)家也認(rèn)為中微子或許具有質(zhì)量很大的左手征伙伴,，如果是這樣,，那么暗物質(zhì)的問題就迎刃而解。此外,，在超新星爆發(fā)時,，中微子也會帶走大量的能量；中子星冷卻也跟它們有關(guān),；它們也會影響宇宙大爆炸的余暉（即微波背景輻射）,。相信未來中微子依舊會是一個非常有趣的研究對象，并在宇宙學(xué)和天體物理學(xué)中扮演著重要的角色,，并為我們帶來更多的驚喜,。

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 2. 加速膨脹的宇宙 

當(dāng)我們回到宇宙熱大爆炸的時候，它有兩個至關(guān)重要的性質(zhì)：初始膨脹率和初始的物質(zhì)/輻射/能量密度,。如果密度太高,，宇宙將會重新坍縮；如果密度太低,，那么宇宙就會永遠(yuǎn)膨脹下去,。但是在我們這個宇宙中，密度和膨脹不僅僅完美的平衡,，而且有一部分能量來自所謂的“暗能量”,，即宇宙在誕生后的約80億年，一種未知的神秘能量開始使宇宙加速膨脹,，自那之后便一直持續(xù)至今,。

△ 宇宙的四種可能命運,。最底下的那個跟觀測數(shù)據(jù)最符合，是一個具有暗能量的宇宙,。（圖片來源：E.Siegel）

對于天體物理學(xué)它意味著什么,？這是人類歷史中，第一次開始洞悉到宇宙的命運,。所有不被引力束縛在一起的物體最終都會相互加速遠(yuǎn)離,，意味著所有超越本星系群的物體都將最終加速離開。但暗能量的本質(zhì)是什么,？它來自宇宙常數(shù)嗎,？它跟量子真空有關(guān)嗎？它是一種強度會隨著時間變化的場嗎,？未來的太空任務(wù),，比如ESA的歐幾里德探測器，NASA的WFIRST衛(wèi)星和30米望遠(yuǎn)鏡都將更好的測量暗能量,，并允許我們更好的研究宇宙究竟是如何加速的,。如果宇宙持續(xù)加速，它將在一場大撕裂中結(jié)束,；如果加速度慢慢放緩，情形將逆轉(zhuǎn),，宇宙將面臨一場大擠壓,。或許,，我們很快就能知悉宇宙的選擇,。

擴展閱讀：《不窮視聽界，焉識宇宙廣》

 3. 系外行星 

幾十年前,，科學(xué)家認(rèn)為在其它的恒星系統(tǒng)中也存在著行星,，但并沒有確鑿的證據(jù)來支持這一想法。現(xiàn)在,，科學(xué)家已經(jīng)確認(rèn)了上千顆系外行星的存在（大多數(shù)由NASA的開普勒衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)）,。許多太陽系統(tǒng)都跟我們的不一樣：一些包含了超級地球或者小海王星；一些在內(nèi)太陽系就包含了氣態(tài)巨星,；一些在宜居地帶包含了地球大小的世界,，但是卻圍繞著昏暗的紅矮星。然而,，還有更多等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn),。

△ 開普勒衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)的系外行星。（圖片來源：Ethan Kruse）

對于天體物理學(xué)它意味著什么,？發(fā)現(xiàn)那些有潛力適合生命發(fā)展的星球,，使找到外星生命的目標(biāo)越來越近,。而且那些世界或許有一天會成為人類的外星殖民地。21世紀(jì),，我們將開始探索這些可能性：測量這些外星世界的大氣層,，尋找生命的痕跡，發(fā)射超快的太空探測器到那些外星去,，并勘察這些星球上的海洋/大陸,、云量、大氣中的氧氣含量等等,。如果你對外星世界充滿了好奇,，那么你正生活在一個最好的時代。

 4. 希格斯玻色子 

幾十年來,，物理學(xué)家一直苦苦追尋粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型的最后一塊拼圖——希格斯玻色子,，終于在幾年前被發(fā)現(xiàn)。希格斯玻色子的質(zhì)量約為126GeV/c2,，在10^-24秒后就會發(fā)生衰變,，并且擁有所有標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的衰變模式。到目前為止,，希格斯玻色子的行為完全沒有顯示出任何超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理,，而這是一個很大的問題。

△ 在CMS中的雙光子道發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子（凸起的部分）,。

對于天體物理學(xué)它意味著什么,？為什么希格斯玻色子的質(zhì)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普朗克質(zhì)量？把這個問題重新表述就是：為什么引力跟其它的基本力相比要弱那么多,？這個問題有許多可能的答案：超對稱理論,、額外維度、希格斯玻色子是個復(fù)合粒子（擬色）等等,。但到目前為止,，沒有任何證據(jù)支持這些理論。

在某種程度上,，應(yīng)該有有一些更基本的東西存在：新粒子,、新的場、新的基本力等等,。所有這些都將會對天體物理和宇宙學(xué)產(chǎn)生影響,。舉個例子，如果在大型強子對撞機中沒有發(fā)現(xiàn)任何新的線索,，那么答案很可能隱藏在天體物理學(xué)里,！在最高的能量和最短的尺度下會發(fā)生什么？人造的加速器永遠(yuǎn)也無法產(chǎn)生宇宙大爆炸以及宇宙射線所產(chǎn)生的能量,。未來,，解決物理學(xué)中的基本大問題的線索或許會來自太空,，而不是地球。

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 5. 引力波 

愛因斯坦在發(fā)表廣義相對論的不久后就預(yù)言了引力波的存在,。在過去的一百年中,，探測引力波的直接證據(jù)一直是天體物理學(xué)的圣杯。2015年,，當(dāng)激光干涉引力波天文臺（LIGO）進(jìn)行升級后,，其靈敏度已經(jīng)達(dá)到了能夠探測到旋進(jìn)和合并黑洞輻射出的引力波。不負(fù)眾望,，LIGO已經(jīng)探測到了兩次引力波的確鑿證據(jù),，接下來將會探測到更多這樣的事件。雖然探測到引力波已經(jīng)是一次巨大的勝利,，但更重要的是它為觀測宇宙帶來了全新的視野,。