第1章 看看宇宙大爆炸(1/18)

    主角下达指令,带我进入宇宙大爆炸那一刻。

    个人梦境机迷你版:主人,已准就绪。

    进入梦境,宇宙大爆炸之旅开启。

    一、物质无中生有的现象及相关理论

    我们先来看三个现象:

    1 在粒子对撞机里,两个高速运动的质子相撞后,变成了两个低速运动的质子、一个碳块和一个反碳块。我们都知道质子是由上夸克和下夸克组成,质子里并没有粲夸克,可最后竟然无中生有地多出来两个粲夸克。

    2 两个能量极高的电磁波相撞,能在真空里变成一个正电子和一个负电子,这种现象被称为布莱特-惠勒过程。在我们的传统认知中,电磁波更偏向于能量,而电子更偏向于实体物质,这种现象表明能量可以转换成物质。

    3 在一片什么都没有的真空里存在一个电场,只要电场的强度超过10的18次方伏特每米,就能在真空里激发出一个正电子和一个负电子,这种现象叫施温格效应。这就更令人震撼了,因为几乎不需要初始物质,只需加强电场就能凭空变出电子。

    这三个现象揭示出一个规律:能量加真空等于粒子,这里的能量可以是任何形式的能量,比如动能、势能、辐射等等都可以。真空里虽然没有粒子,但有各种类型的场,如电子场、夸克场、希格斯场等等,只要给这些场提供能量就能激发出粒子。例如,只要给真空里的电磁场能量,就能激发出一个实体的电子;只要给真空里的夸克场能量,就能激发出一个实体的夸克。标准模型里所有的粒子都能通过这种方式无中生有。

    二、宇宙大爆炸过程中的对称破缺

    大爆炸后,在10的负43次方秒之内,人类已知的所有物理理论都失效,四种基本作用力在这个时间可能是统一的。10的负43次方秒的时候,宇宙的温度冷却到10的32次方摄氏度,引力率先从四种基本作用力中分离出来;10的负36次方秒的时候,宇宙的温度冷却到10的28次方摄氏度,强力又分离了出来;10的负12次方秒的时候,宇宙的温度冷却到10的15次方摄氏度,弱力和电磁力分离,至此四种基本作用力全部分离。

    为什么四种力会分离呢?是因为宇宙温度的变化引发了相变。打
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