|
大约在138亿年前，我们的宇宙诞生于一次大爆炸中。从大爆炸的一瞬间开始，我们的宇宙就面临着崩溃的威胁。根据现有的理论，宇宙大爆炸的时候，既产生了我们熟悉的物质，也产生了等量的反物质。二者原本应该会相互湮灭，最终导致宇宙中什么物质都没有。然而，实际情况是宇宙中的反物质几乎全部消失，如今的宇宙被物质所统治。科学家相信，一定是宇宙大爆炸的时候有一种神秘的机制，导致了一种不平衡，使得物质出现得更多，而反物质则最终消失。多年以来，科学家们一直致力于破解这个谜题。而最新的研究成果认为，导致反物质消失的机制还做了另外一件伟大的事，那就是创造了暗物质。从宇宙的诞生到宇宙的成长，这种机制都扮演了最最重要的角色。暗物质是一种假设中的物质，不过目前在宇宙中已经找到了相当多能够证明它存在的证据。它占据了宇宙超过85%的质量，分布在各个星系中，将星系中的天体拉拢在了一起。不过，除了引力之外，它不与可见物质发生其他任何相互作用，因此科学家们目前还几乎无法探测到暗物质的本质。目前科学家们认为，宇宙中暗物质和可见物质的形成并没有什么关系。宇宙中的暗物质究竟是怎么来的，目前仍然是个谜。尽管科学家们提出了暗物质的许多可能身份，但没有一种说法能够让所有人都信服。而物质的产生，则是另外一种机制。通过各种大型粒子对撞机，科学家们可以复制宇宙早期的环境以及当时可能出现的各种粒子反应。理论上来说，当你施加一个极其巨大的能量时，是可以制造出一个正物质的，与此同时也会有等量的反物质出现，二者质量相同，电荷相反。可是，既然如今的宇宙只有物质而没有反物质，那就意味着有一种未知的机制，打破了二者之间的平衡。而这项最新的研究，似乎找到了这种机制。本次研究的基础，是以一种名为重子数对称性的理论为基础的。所谓的重子，指的就是由夸克构成的粒子，包括质子和中子，都属于重子。而重子数对称性的意思，简单理解就是参与某种相互作用的重子数量必须与退出的重子数相等。物理学上，所谓的对称性就是代表着守恒的意思。在相互作用的过程中重子之间可以相互转变，但总数必须相同。同样的对称性，也适用于反夸克所参与的相互作用。直到今天，科学家们的实验都遵从着这样的对称性。但他们知道，这种对称性一定在宇宙大爆炸的初期被打破，从而造成了反夸克消失的速度比夸克更快，最终导致宇宙中只剩下夸克构成的正物质，而反物质则逐渐消失。在物理学中，当连续对称性被自发破缺后，就会伴随着一种新的粒子出现，这种粒子质量为0，被称为戈德斯通玻色子。而最新的研究认为，这种戈德斯通玻色子可能来自于造成了早期宇宙重子数对称性破缺的机制，并且在今天充斥于宇宙中，成为了我们眼中的暗物质。也就是说，本次研究推翻了此前的猜想，暗示我们暗物质和可见物质的形成并非毫无瓜葛。天体物理学家Paul Sutter向我们介绍：在实验室里的物理实验中，重子数对称性破缺的现象从来没有发生过，但这不代表这种现象就绝对不可能发生。我们有理由相信，在极其混沌的早期宇宙就出现过这种事件，科学家们称之为“the kick”。虽然这个事件持续的时间极短，但也足以导致几乎所有的反物质消失，造就了今天由物质统治的宇宙。目前来说，我们还不清楚是怎样的条件导致了重子数对称性的破缺，但它就是发生了，同时还有无数的戈德斯通玻色子被制造出来，形成了今天的暗物质。随后，导致这个重子数对称性破缺的事件彻底结束，宇宙恢复了平静。从此，物质和暗物质彼此井水不犯河水，相安无事地存在于这个宇宙中，唯独反物质成为了这个宇宙事件的牺牲品。同时，本次研究还有一点非常值得注意，那就是它并不认为暗物质是和可见物质以8:2的比例分裂出来的，而是大致相等的。造成这个现象的原因就在于二者具有相同的起源，那就是宇宙早期的那一次重子数对称性破缺的事件，因此二者可以达到平衡的比例。这次研究的确非常有趣，但仍然没有彻底解决导致重子数对称性破缺的根本原因在哪里，这仍是科学家们未来需要研究的问题。不论是反物质还是暗物质，都决定了我们宇宙的演化方向。如果没有反物质的消失，那么宇宙可能就不会有任何的物质，至于各种天体、生物就更加无从谈起。而暗物质则在早期宇宙时促进了星系的形成，这同样对于今天的宇宙有至关重要的意义。反物质的消失和暗物质的出现，都是困扰科学家的最大谜题，甚至可以说是诺贝尔奖级别的谜题。这些未解之谜何时能够解开，决定了我们何时能够理解这个宇宙，希望科学家们能够早日取得突破。
|
