1. 首頁 > 生活百科 >

粒子 宇宙中所有的物質到底來自什么地方？真的是“無中生有”嗎？

根據宇宙大爆炸的原理，宇宙的初始為致密炙熱的物質奇點。那么這些物質的前世今生為何物？創造出世間萬物的宇宙又從何而來？又是什么時間節點得以創造出來的呢？讓我們一起回到那個很久很久以前，宇宙初始的階段～

粒子 宇宙中所有的物質到底來自什么地方？真的是“無中生有”嗎？
文章插圖


在初始階段，宇宙中不存在任何物質。只有能量表現形式為光的離散光子。當光子具有足夠的能量，就會自發地衰變為粒子和反粒子（反粒子基本性質與粒子相同，只是電級相反）。而在當下，由于伽馬射線有足夠的能量釋放出可測量的正負電子對，使得這些粒子可以成功檢測和觀察到。事實上，光子是屬于粒子中玻色子的一員，而衰變也是順其進行的。許多玻色子在大爆炸之后能量爆棚，既而后會衰變為質量更大的粒子，比如質子。（E=mc2根據公式，如果粒子的質量較大，那么玻色子的能量就越大）

粒子 宇宙中所有的物質到底來自什么地方？真的是“無中生有”嗎？
文章插圖


圖解：描述宇宙膨脹的藝術構想圖，其中橫坐標表示宇宙演化的時間，而對應的空間尺寸（包括想象中的不可觀測部分）都用相應的圓橫截面表示。左端表示在暴脹時期發生的急速膨脹（注意不成實際比例），而當宇宙演化到中期時開始加速膨脹。而微波背景輻射的形成、恒星形成、星系形成以及WMAP的出現都在相應的時間上表示出來。 圖片來自2006年的WMAP新聞發布會。
粒子 宇宙中所有的物質到底來自什么地方？真的是“無中生有”嗎？
文章插圖


而宇宙中的質量就來自于這種衰變。
下一個問題來了：那些反物質都去哪兒了？對于那些衰變產生的粒子來說，它們對應的只有一個反粒子。同理，有多少物質就應該對應著有多少反物質。如果事實真的如此，當宇宙稍稍冷卻時，每一個例子和其對應的反粒子結合之后會形成玻色子，這個過程叫做粒子湮滅。實際上，這些粒子對的命運基本上是注定的：每100億對粒子湮滅，僅有一對能存活。盡管這個比例小的驚人，但卻足夠形成宇宙中的所有物質。在這個過程當中，一定發生了什么才會最終導致粒子存活的數量超過了反粒子存活數量， 這一現象被稱為粒子-反粒子不對稱。

粒子 宇宙中所有的物質到底來自什么地方？真的是“無中生有”嗎？
文章插圖


有很多理論可以解釋這種不對稱性，其中之一叫做電弱重子數產生機制（高能預警，需要強大的背景知識來理解這個概念，本段就大致介紹一下）。質子和中子都為重子，而baryogenesis為重子生成即重子產生過程，根據當代粒子物理學和標準模型的定義，重子的數量幾乎是恒定的，因為量子隧穿效應，僅有一小部分重子是變化的。在宇宙早期階段，由于溫度很高，所以隧穿現象很普遍，也因故產生了大量的重子。電弱則指的是電磁力和弱力從一個力解耦為兩個不同的力(很可能是在大爆炸后10^-12秒到10^-6秒之間——這種不對稱現象可能在大爆炸接近尾聲時才形成)。重子的另一個來源是由于輕子(另一種粒子，包括電子)可以在這一時期轉化為重子。

粒子 宇宙中所有的物質到底來自什么地方？真的是“無中生有”嗎？
文章插圖



宇宙是所有時間、空間與其包含的內容物所構成的統一體；它包含了行星、恒星、星系、星系際空間、次原子粒子以及所有的物質與能量，宇指空間，宙指時間。目前人類可觀測到的宇宙，其距離大約為93 × 10^9光年（28.5 × 10^9秒差距），最大為27,160百萬秒差距；而整個宇宙的大小可能為無限大，但未有定論。物理理論的發展與對宇宙的觀察，引領著人類進行宇宙構成與演化的推論。

粒子 宇宙中所有的物質到底來自什么地方？真的是“無中生有”嗎？
文章插圖


根據歷史記載，人類曾經提出宇宙學、天體演化學與科學模型，解釋人們對于宇宙的觀察。最早的理論為地心說，由古希臘哲學家與印度哲學家所提出。數世紀以來，逐漸精確的天文觀察，引領尼古拉斯?哥白尼提出以太陽系為主的日心說，以及經約翰內斯?開普勒改良的橢圓軌道模型；最終艾薩克?牛頓的重力定律解釋了前述的理論。

1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. Sara Slater- curious
如有相關內容侵權，請于三十日以內聯系作者刪除
【 粒子|宇宙中所有的物質到底來自什么地方？真的是“無中生有”嗎？】轉載還請取得授權，并注意保持完整性和注明出處

推薦閱讀