宇宙20｜宇宙应该“空无一物”，为什么却有物质？反物质消失之谜( 二 ) _反物质

然后，随着宇宙的膨胀，温度的降低，正反物质创生的过程停止，已经产生的物质和反物质就会相互湮灭掉，变为光子。
但是还有一些来不及湮灭的正反粒子，会被宇宙的膨胀拉到很远的距离，保留下来，所以最终的结果是，我们宇宙中只会存在少量的质子、反质子，电子，正电子，中微子和反中微子。而会留下大量的光子，那么光子与物质粒子的比例大约为10?20：1 。这样的宇宙不会诞生任何物质结构。
但真实的情况是，我们的宇宙中留下了大量的正物质，光子和物质的比大约为10?9：1，物质的数量比上面的值高了十几个数量级。这说明宇宙从一开始就破坏了守恒规律。
在很长的一段时间内，我们觉得这不可能，所以就一厢情愿认为在宇宙中，应该有反物质组成的恒星、星系、星系团，他们的数量跟我们的正物质的数量相等，但是我们并没有发现反物质的痕迹。
所以现在认为，正反物质在诞生以后，虽然一开始是等量的，但是在宇宙降温的过程中发生了破坏重子数守恒和轻子数守恒的规律，导致了正反物质的数量发生了不对称。
那么正物质数量总体上就比反物质多了10亿分之一，那么正反物质湮灭以后，多下来的正物质就保留到了今天，形成我们看到所有的物质结构，当然也包括你和我，还有她。
由于反物质都消失了，而且在今天的低能状态下，我们没有发现可以导致正反物质不对称的物理现象，所以今天的重子数和轻子数也是守恒的。
但是多出来的正物质又表明，曾经的宇宙中出现过不守恒的现象，所以我们就必须解释，宇宙在降温的过程发生了什么？
很显然，这是一个世纪大难题，不过不要紧，我们还是对这个问题做出了一些可能的解释，1967年的时候，苏联科学家萨哈罗夫就提出了三个条件，说宇宙只要满足这三个条件，就能造成正反物质的数量不对称。
第一，宇宙在膨胀的过程中，必须偏离热平衡状态。第二，被我们信奉为真理的三种基本对称性，必须有两种破缺，包括C破缺和CP破缺。第三空无一物，宇宙中应该存在破坏重子数守恒的相互作用。

这三个条件被称为萨哈罗夫条件，他们必须同时发生，才能解释物质为什么比反物质多了这么多，缺少一个都不行。
好，下面我解释下这三个条件，第一个破坏热平衡状态，对宇宙来说非常的简单，因为在早期的宇宙中膨胀速度非常快，这就会导致一个地方的物质粒子，还来不及和另外一个地方的物质粒子交换信息，就被拉到了很远的距离，因此它俩的温度就始终不能保持一致。所以我们宇宙就是一个非热平衡状态。那么温度不一样，就有可能发生导致正反物质不对称的物理过程。
第二个条件，C破缺和CP破缺。在我们宇宙中有三个基本的对称性，C对称，也就电荷共轭对称，说的是，一个粒子和它的反粒子，有相同的物理特性，比如正电子和电子，它俩的质量和自旋是一样，区别是电荷和轻子数相反。
这意味着，反粒子也可以构成一个反物质世界，在反物质世界中的物理规律跟正物质世界是完全一样的，你无法把他们区分开来，这就叫C对称。
比如，那个狄拉克之海，人家反物质世界的人会认为，我们处在海平面以下，他们给真空中施加能量，会激发出正电子，然后形成一个空穴，这个空穴在人家看来就是电子。跟我们看到的完全一样，只不过是反了过来。
P对称，也叫镜像对称或者宇称守恒，说的是一个粒子的镜像，和它有着相同的物理规律，只不过是自旋相反，其余的像什么质量、电荷、轻子数、重子数都是一样的。

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