先說(shuō)一個(gè)基本的概念問(wèn)題，標(biāo)題中的第一段話是我們?nèi)菀桩a(chǎn)生的誤解。宇宙并有沒(méi)所謂的物質(zhì)/質(zhì)量守恒，這已經(jīng)是一個(gè)過(guò)時(shí)的概念！這個(gè)說(shuō)法只是在當(dāng)時(shí)科學(xué)認(rèn)知還不是很清楚的時(shí)候提出的，主要是當(dāng)時(shí)認(rèn)為一些化學(xué)反應(yīng)前后的反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量相等，在愛(ài)因斯坦提出質(zhì)能方程以后，我們才知道質(zhì)量其實(shí)是能量的一種表現(xiàn)形式而已?；瘜W(xué)反應(yīng)中釋放的能量，會(huì)造成極小的質(zhì)量損失，當(dāng)時(shí)無(wú)法測(cè)出，才會(huì)認(rèn)為物質(zhì)守恒。

這樣說(shuō)來(lái)，宇宙的基本守恒定律其實(shí)是能量守恒。因此這就為物質(zhì)的創(chuàng)傷和毀滅創(chuàng)造了條件。要想知道宇宙的物質(zhì)是咋來(lái)的？我們必須回到宇宙的早期看到到底發(fā)生了什么？

一個(gè)膨脹的宇宙勢(shì)必會(huì)帶來(lái)熱大爆炸

在我們的生活中，我們每時(shí)每刻都會(huì)和各種物質(zhì)接觸，而我們也屬于物質(zhì)的一部分。縱觀整個(gè)宇宙，其中充滿了行星、恒星、星系乃至星系團(tuán)，甚至是我們提出還未明確發(fā)現(xiàn)的暗物質(zhì)，我們不僅會(huì)想：宇宙為何有物質(zhì)，而不是什么都沒(méi)有？

1923年哈勃的出色工作為人類揭示了宇宙的范圍不僅僅是我們自己的銀河系，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)了仙女座星云遠(yuǎn)在幾百萬(wàn)光年之外，并且更是驚人的發(fā)現(xiàn)宇宙在膨脹，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)來(lái)在遙遠(yuǎn)星系得光發(fā)生了紅移。這就為我們思考宇宙起源提供了一個(gè)絕佳的思路。

你看，隨著時(shí)間的推移宇宙在膨脹，那我們反過(guò)來(lái)想，如果追溯遙遠(yuǎn)的過(guò)去，宇宙的體積是不是更小，我們還知道輻射的波長(zhǎng)會(huì)隨著宇宙的膨脹而被拉長(zhǎng)并損失能量、物質(zhì)粒子會(huì)隨著宇宙的膨脹而被稀釋、熱粒子會(huì)隨著宇宙的膨脹降低動(dòng)能變成冷粒子，這就說(shuō)明在遙遠(yuǎn)的過(guò)去，宇宙的溫度更高、密度更大！

這也說(shuō)明在一定的時(shí)期，宇宙中我們現(xiàn)存的中性原子并不會(huì)存在，而是由原子核、電子、輻射組成的高溫濃湯，因?yàn)檫@時(shí)的溫度可以高到電離任何中性原子。而原子核和電子想要結(jié)合在一起，就會(huì)被一個(gè)高能光子炸開(kāi)。

如果溫度再高呢？相信你也能猜出來(lái)，溫度再高甚至連原子核都無(wú)法形成。這一點(diǎn)跟中性原子的情況一樣。此時(shí)的宇宙是由質(zhì)子、中子、電子和任何可能存在的高能粒子組成。而這些粒子就組成了我們現(xiàn)在看到的物質(zhì)宇宙。但是這些物質(zhì)粒子怎么來(lái)的？

正反物質(zhì)不對(duì)稱問(wèn)題

如果我們回到宇宙的早期，能量會(huì)高到讓兩個(gè)相撞的光子自發(fā)的產(chǎn)生物質(zhì)/反物質(zhì)對(duì)。按理來(lái)說(shuō)，能量自發(fā)產(chǎn)生的正反物質(zhì)對(duì)是完全對(duì)稱的。也就是說(shuō)，產(chǎn)生一個(gè)正粒子就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)反粒子，然后正反粒子瞬間湮滅，又將能量歸還給宇宙。但是我們的宇宙貌似更加偏愛(ài)于物質(zhì)，產(chǎn)生了比反物質(zhì)多了十億分之一的物質(zhì)粒子。這就是所謂的正反物質(zhì)不對(duì)稱問(wèn)題。

盡管我們現(xiàn)在還不清楚宇宙是怎么獲得物質(zhì)與反物質(zhì)之間的不對(duì)稱，但關(guān)于這個(gè)不對(duì)稱的事實(shí)，我們還是提出了一些解決的方案。就觀測(cè)而言，我們可以肯定的有以下這些事實(shí)：

• 當(dāng)前的宇宙中，物質(zhì)確實(shí)多于反物質(zhì)。
• 目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的所有恒星、星系和星系團(tuán)，都由物質(zhì)組成，而沒(méi)有反物質(zhì)。
• 通過(guò)在地球上的實(shí)驗(yàn)室中對(duì)宇宙中的情況進(jìn)行模擬，在所能達(dá)到的能量范圍之內(nèi)，我們尚未在任何反應(yīng)中觀察到重子（如質(zhì)子和中子）多于反重子（如反質(zhì)子和反中子），或輕子（如電子和中微子）多于反輕子（如正電子和反中微子）的情況。
• 在目前最佳的測(cè)量技術(shù)下，我們測(cè)得宇宙中的光子數(shù)是重子數(shù)（以及輕子數(shù)）的

16億倍。

雖然重子的數(shù)量與光子相比看起來(lái)少得可憐，但請(qǐng)別忘了宇宙有多么巨大。假如要把宇宙中的所有原子都擺勻，讓宇宙的密度各處一致，那么結(jié)果就是每4立方米的空間之內(nèi)會(huì)有1個(gè)氫原子。作為對(duì)比，自大爆炸時(shí)遺留下來(lái)的光子僅在每1立方厘米的空間內(nèi)就要有411個(gè)。二者盡管數(shù)量懸殊，但就整個(gè)宇宙而言，其數(shù)量都多得令人驚嘆，而且十分重要。

那么，物質(zhì)多于反物質(zhì)的情況是如何出現(xiàn)的呢？

如果宇宙開(kāi)始于某個(gè)物質(zhì)和反物質(zhì)總量相等的高能量狀態(tài)，后來(lái)演化至物質(zhì)比反物質(zhì)多一點(diǎn)的低能量狀態(tài)，那么宇宙一定是在膨脹并冷卻的過(guò)程中發(fā)生了某些事情。蘇聯(lián)物理學(xué)家薩哈羅夫（Andrei Sakharov）經(jīng)過(guò)研究，在1967年率先指出，只需發(fā)生三件事情就可以讓上述過(guò)程成真，也就是讓物質(zhì)對(duì)于反物質(zhì)。這三件事也是宇宙必須具有的三種屬性，如今被稱為“薩哈羅夫條件”：

• 宇宙必須偏離熱平衡態(tài)。
• 宇宙的三種基本對(duì)稱性中的兩種必須被破壞，即電荷共扼（C-對(duì)稱性）、電荷共軛宇稱（CP-對(duì)稱性）。
• 必須有某種相互作用去破壞重子數(shù)的守恒。

這三件事必須同時(shí)發(fā)生，否則如今宇宙中的物質(zhì)和反物質(zhì)的數(shù)量仍然不會(huì)不對(duì)等。最容易滿足的是第一個(gè)條件：不斷膨脹的宇宙，本身就是一個(gè)絕好的非熱平衡系統(tǒng)！

到目前為止我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了三類能夠表現(xiàn)出C-對(duì)稱破缺和CP-對(duì)稱破缺的粒子，它們都是中性介質(zhì)（夸克/反夸克對(duì)），包括奇夸克、底夸克以及粲夸克。由于這些粒子在膨脹并冷卻的、非熱平衡的早期宇宙中存在并發(fā)生了不對(duì)稱的衰表，所以我們的宇宙符合前兩種條件。

那么，第三個(gè)條件呢？記住，當(dāng)我們說(shuō)“重子數(shù)”時(shí)，意思是用重子（例如質(zhì)子、中子等）的總數(shù)減去反重子（例如反質(zhì)子、反中子）的總數(shù)，每個(gè)質(zhì)子的重子數(shù)算作1（每

個(gè)反質(zhì)子的重子數(shù)則算為-1）。為了產(chǎn)生出物質(zhì)與反物質(zhì)的不對(duì)稱性，需要一種使重子數(shù)破缺的反應(yīng)。并且，因?yàn)橛钪婵瓷先碛信c質(zhì)子數(shù)量相同的電子，應(yīng)該也有與之相應(yīng)的使輕子數(shù)破缺的反應(yīng)，所以電子是為了每顆質(zhì)子的產(chǎn)生而產(chǎn)生的。在所有已知的粒子和它們之間的反應(yīng)中，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)室里的工作，還沒(méi)能使這些粒子不依靠外部力量而破缺其重子數(shù)和輕子數(shù)，同時(shí)也不知道實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所需的條件。

但根據(jù)關(guān)于基本粒子及其相互作用的“標(biāo)準(zhǔn)模型”，只要重子數(shù)（B）與輕子數(shù)（L）的差是守恒的（B-L=0）是守恒的，重子數(shù)守恒和輕子數(shù)守恒都應(yīng)該有可能被打破。薩哈羅夫的第三個(gè)條件，可以說(shuō)是我們研究物質(zhì)與反物質(zhì)的不對(duì)稱性時(shí)最大的不確定性的來(lái)源，也是三個(gè)條件中目前唯一有待實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的。

以上就是宇宙中物質(zhì)的來(lái)源，也是一個(gè)現(xiàn)今物理學(xué)的未解之謎。但你只需要記住，宇宙只有能量守恒，能量可以通過(guò)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程可以自發(fā)的產(chǎn)生物質(zhì)和反物質(zhì)，但宇宙在膨脹冷卻的途中，放了一了一些我們目前不明確的破壞重子數(shù)/輕子數(shù)守恒的反應(yīng)，而導(dǎo)致了正反物質(zhì)的不對(duì)成，讓宇宙的能量以小部分物質(zhì)的形式保留了下來(lái)，產(chǎn)生了現(xiàn)在我們看到的物質(zhì)宇宙、產(chǎn)生了你和我。