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如何建造出一个宇宙
出祺然/文
当前的理论认为,我们的宇宙是从大约138亿年前的一场大爆炸中诞生出来的.然而,该理论还认为,大爆炸应该会产生等量的物质和反物质,它们会彼此湮灭,最终剩下的只是些能量.如果真是这样的话,那么我们今天所看到的宇宙应该是黑暗的、空旷的、安静的.没有恒星、行星、生命,有的只是能量,以及一些简单的粒子,并且所有这些随着宇宙的膨胀不断地扩散.
事实上,宇宙却是繁星遍布,甚至诞生出了如我们这样的智慧生命.那么,是什么把我们从物质和反物质的湮灭之中拯救出来了？
20世纪60年代,苏联物理学家安德烈·萨哈罗夫提出了三个条件,只要它们都成立,就可以建造出一个像今天这样的宇宙.
下面,我们就具体来谈谈.
只朝一个方向
在粒子物理学中,任何一个粒子反应过程,都可以逆转运行.比如,一对光子可以合并,变成一对粒子和反粒子.反过来也很容易发生：粒子和反粒子合并,产生出一对光子.事实上,我们四周的空间中就有这种过程,而且是周而复始地发生,尽管过程中的粒子和反粒子是一种虚粒子,不能直接检测到,但可间接检测到.
早期的宇宙是高温高密的,可能很容易地陷入一个粒子和反粒子对不断创造和销毁的循环之中.没有东西暂停这种循环,那么粒子就没工夫去演变为我们今天所看到的宇宙结构.萨哈罗夫提出的一个条件是,在早期宇宙中,产生粒子和反粒子的反应速率,大于它的逆反应（即粒子和反粒子湮灭）的速率.
许多物理学家认为,宇宙的膨胀和冷却会促使物质与反物质湮灭的几率变小,于是循环被打破了,最终物质得以“析出”.这有点像一杯过饱和的糖茶在降温之后,杯子底部会出现糖晶体一样.其他的物理学家认为,早期宇宙中,希格斯场——一种能让粒子获得质量的场——可能分布不均,导致物质和反物质空间分布的不均,一些就彼此隔离开来.究竟是哪一种情况,仍需进一步的研究.
彼此能转换
宇宙大爆炸发生时,物质和反物质似乎总是等量诞生出来,它们会彼此完全湮灭掉.要想留下一批物质,而不是全部被湮灭,那么就需要一个机制,使得诞生出的物质和反物质不是等量的.于是,萨哈罗夫提出,必须有某种过程,能将反物质转化为物质,反之亦然.这就是他提出的第二个条件的本质内容.
物理学家提出了许多可能的过程.比如,一个反质子衰变为一个电子和两个光子,这样反粒子（反质子）就转化为粒子（电子）了.尽管现在还没有任何线索,但物理学家仍然努力在实验中寻找物质和反物质能彼此转化的过程.
有所偏袒
物理学家估计,宇宙在大爆炸之后创造出的物质比反物质多了约一百亿分之一,但留下的物质仍很充足,最终构建出了今天宇宙的模样.那么,为何产生的物质比反物质更多呢？萨哈罗夫的最后一个条件则是说,转化出物质的过程,比转化出反物质的过程更容易.也就是说,宇宙偏袒物质.
这种差距主要体现在一类叫做重子的粒子身上.重子指的是质子、中子等由夸克构成的粒子.而天文学的观测表明,早期宇宙中的重子数量比反重子略多一点点.
这个细微的差别仍无法用当前的物理学理论来解释.虽然粒子和它的反粒子伙伴之间,存在着一些细微的行为差异,但这些差异仍然符合当前的理论,而且,它还不足以解释宇宙早期的重子与反重子之间的数量差.
现在,欧洲核子研究中心（CERN）正在进行实验,尤其是借助那里的大型强子对撞机,来寻找有关萨哈罗夫的三个条件成立的证据.宇宙的诞生过程,可能永远会存在着一些谜团,但科学家们会继续探寻下去.
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