如何建造出一個宇宙

當前的理論認為，我們的宇宙是從大約138億年前的一場大爆炸中誕生出來的。然而，該理論還認為，大爆炸應該會產生等量的物質和反物質，它們會彼此湮滅，最終剩下的只是些能量。如果真是這樣的話，那麼我們今天所看到的宇宙應該是黑暗的、空曠的、安靜的。沒有恆星、行星、生命，有的只是能量，以及一些簡單的粒子，並且所有這些隨著宇宙的膨脹不斷地擴散。

事實上，宇宙卻是繁星遍布，甚至誕生出了如我們這樣的智慧生命。那麼，是什麼把我們從物質和反物質的湮滅之中拯救出來了？

20世紀60年代，蘇聯物理學家安德烈·薩哈羅夫提出了三個條件，只要它們都成立，就可以建造出一個像今天這樣的宇宙。

下面，我們就具體來談談。

只朝一個方向

在粒子物理學中，任何一個粒子反應過程，都可以逆轉運行。比如，一對光子可以合并，變成一對粒子和反粒子。反過來也很容易發生：粒子和反粒子合并，產生出一對光子。事實上，我們四周的空間中就有這種過程，而且是周而復始地發生，儘管過程中的粒子和反粒子是一種虛粒子，不能直接檢測到，但可間接檢測到。

早期的宇宙是高溫高密的，可能很容易地陷入一個粒子和反粒子對不斷創造和銷毀的循環之中。沒有東西暫停這種循環，那麼粒子就沒工夫去演變為我們今天所看到的宇宙結構。薩哈羅夫提出的一個條件是，在早期宇宙中，產生粒子和反粒子的反應速率，大於它的逆反應（即粒子和反粒子湮滅）的速率。

許多物理學家認為，宇宙的膨脹和冷卻會促使物質與反物質湮滅的幾率變小，於是循環被打破了，最終物質得以「析出」。這有點像一杯過飽和的糖茶在降溫之後，杯子底部會出現糖晶體一樣。其他的物理學家認為，早期宇宙中，希格斯場——一種能讓粒子獲得質量的場——可能分布不均，導致物質和反物質空間分布的不均，一些就彼此隔離開來。究竟是哪一種情況，仍需進一步的研究。

彼此能轉換

宇宙大爆炸發生時，物質和反物質似乎總是等量誕生出來，它們會彼此完全湮滅掉。要想留下一批物質，而不是全部被湮滅，那麼就需要一個機制，使得誕生出的物質和反物質不是等量的。於是，薩哈羅夫提出，必須有某種過程，能將反物質轉化為物質，反之亦然。這就是他提出的第二個條件的本質內容。

物理學家提出了許多可能的過程。比如，一個反質子衰變為一個電子和兩個光子，這樣反粒子（反質子）就轉化為粒子（電子）了。儘管現在還沒有任何線索，但物理學家仍然努力在實驗中尋找物質和反物質能彼此轉化的過程。

有所偏袒

物理學家估計，宇宙在大爆炸之後創造出的物質比反物質多了約一百億分之一，但留下的物質仍很充足，最終構建出了今天宇宙的模樣。那麼，為何產生的物質比反物質更多呢？薩哈羅夫的最後一個條件則是說，轉化出物質的過程，比轉化出反物質的過程更容易。也就是說，宇宙偏袒物質。

這種差距主要體現在一類叫做重子的粒子身上。重子指的是質子、中子等由夸克構成的粒子。而天文學的觀測表明，早期宇宙中的重子數量比反重子略多一點點。

這個細微的差別仍無法用當前的物理學理論來解釋。雖然粒子和它的反粒子夥伴之間，存在著一些細微的行為差異，但這些差異仍然符合當前的理論，而且，它還不足以解釋宇宙早期的重子與反重子之間的數量差。

現在，歐洲核子研究中心（CERN）正在進行實驗，尤其是藉助那裡的大型強子對撞機，來尋找有關薩哈羅夫的三個條件成立的證據。宇宙的誕生過程，可能永遠會存在著一些謎團，但科學家們會繼續探尋下去。

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