所以我們不可能改變現(xiàn)今宇宙中的重子數(shù)和輕子數(shù) , 因此我們認為在現(xiàn)今的這個低能宇宙中重子數(shù)和輕子數(shù)是守恒的 。
并且從高能狀態(tài)中 , 我們也能夠看出來重子數(shù)和輕子數(shù)是守恒的 , 你看 , 只要能量激發(fā)出一個正物質(zhì) , 就會跑出來一個反物質(zhì) , 它倆相互抵消 , 重子數(shù)和輕子數(shù)不增不減 。
如果把以上的知識用到早期的宇宙中 , 你就會發(fā)現(xiàn) , 宇宙誕生的時候 , 其中的能量應(yīng)該是創(chuàng)造了等量的物質(zhì)和反物質(zhì) , 以保證宇宙開始的時候 , 重子數(shù)和輕子數(shù)是守恒的 , 一直保持為0 。
然后 , 隨著宇宙的膨脹 , 溫度的降低 , 正反物質(zhì)創(chuàng)生的過程停止 , 已經(jīng)產(chǎn)生的物質(zhì)和反物質(zhì)就會相互湮滅掉 , 變?yōu)楣庾?。
但是還有一些來不及湮滅的正反粒子 , 會被宇宙的膨脹拉到很遠的距離 , 保留下來 , 所以最終的結(jié)果是 , 我們宇宙中只會存在少量的質(zhì)子、反質(zhì)子 , 電子 , 正電子 , 中微子和反中微子 。而會留下大量的光子 , 那么光子與物質(zhì)粒子的比例大約為10?20:1 。這樣的宇宙不會誕生任何物質(zhì)結(jié)構(gòu) 。
但真實的情況是 , 我們的宇宙中留下了大量的正物質(zhì) , 光子和物質(zhì)的比大約為10?9:1 , 物質(zhì)的數(shù)量比上面的值高了十幾個數(shù)量級 。這說明宇宙從一開始就破壞了守恒規(guī)律 。
在很長的一段時間內(nèi) , 我們覺得這不可能 , 所以就一廂情愿認為在宇宙中 , 應(yīng)該有反物質(zhì)組成的恒星、星系、星系團 , 他們的數(shù)量跟我們的正物質(zhì)的數(shù)量相等 , 但是我們并沒有發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)的痕跡 。
所以現(xiàn)在認為 , 正反物質(zhì)在誕生以后 , 雖然一開始是等量的 , 但是在宇宙降溫的過程中發(fā)生了破壞重子數(shù)守恒和輕子數(shù)守恒的規(guī)律 , 導(dǎo)致了正反物質(zhì)的數(shù)量發(fā)生了不對稱 。
那么正物質(zhì)數(shù)量總體上就比反物質(zhì)多了10億分之一 , 那么正反物質(zhì)湮滅以后 , 多下來的正物質(zhì)就保留到了今天 , 形成我們看到所有的物質(zhì)結(jié)構(gòu) , 當然也包括你和我 , 還有她 。
由于反物質(zhì)都消失了 , 而且在今天的低能狀態(tài)下 , 我們沒有發(fā)現(xiàn)可以導(dǎo)致正反物質(zhì)不對稱的物理現(xiàn)象 , 所以今天的重子數(shù)和輕子數(shù)也是守恒的 。
但是多出來的正物質(zhì)又表明 , 曾經(jīng)的宇宙中出現(xiàn)過不守恒的現(xiàn)象 , 所以我們就必須解釋 , 宇宙在降溫的過程發(fā)生了什么?
很顯然 , 這是一個世紀大難題 , 不過不要緊 , 我們還是對這個問題做出了一些可能的解釋 , 1967年的時候 , 蘇聯(lián)科學(xué)家薩哈羅夫就提出了三個條件 , 說宇宙只要滿足這三個條件 , 就能造成正反物質(zhì)的數(shù)量不對稱 。
第一 , 宇宙在膨脹的過程中 , 必須偏離熱平衡狀態(tài) 。第二 , 被我們信奉為真理的三種基本對稱性 , 必須有兩種破缺 , 包括C破缺和CP破缺 。第三 , 宇宙中應(yīng)該存在破壞重子數(shù)守恒的相互作用 。
這三個條件被稱為薩哈羅夫條件 , 他們必須同時發(fā)生 , 才能解釋物質(zhì)為什么比反物質(zhì)多了這么多 , 缺少一個都不行 。
好 , 下面我解釋下這三個條件 , 第一個破壞熱平衡狀態(tài) , 對宇宙來說非常的簡單 , 因為在早期的宇宙中膨脹速度非???nbsp;, 這就會導(dǎo)致一個地方的物質(zhì)粒子 , 還來不及和另外一個地方的物質(zhì)粒子交換信息 , 就被拉到了很遠的距離 , 因此它倆的溫度就始終不能保持一致 。所以我們宇宙就是一個非熱平衡狀態(tài) 。那么溫度不一樣 , 就有可能發(fā)生導(dǎo)致正反物質(zhì)不對稱的物理過程 。
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