先說一個基本的概念問題，標(biāo)題中的第一段話是我們?nèi)菀桩a(chǎn)生的誤解。宇宙并有沒所謂的物質(zhì)/質(zhì)量守恒，這已經(jīng)是一個過時的概念！這個說法只是在當(dāng)時科學(xué)認(rèn)知還不是很清楚的時候提出的，主要是當(dāng)時認(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，在愛因斯坦提出質(zhì)能方程以后，我們才知道質(zhì)量其實是能量的一種表現(xiàn)形式而已。化學(xué)反應(yīng)中釋放的能量，會造成極小的質(zhì)量損失，當(dāng)時無法測出，才會認(rèn)為物質(zhì)守恒。

這樣說來，宇宙的基本守恒定律其實是能量守恒。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)是咋來的？我們必須回到宇宙的早期看到到底發(fā)生了什么？

一個膨脹的宇宙勢必會帶來熱大爆炸

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

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，因為他發(fā)現(xiàn)了仙女座星云遠(yuǎn)在幾百萬光年之外，并且更是驚人的發(fā)現(xiàn)宇宙在膨脹，因為他發(fā)現(xiàn)來在遙遠(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絕佳的思路。

你看，隨著時間的推移宇宙在膨脹，那我們反過來想，如果追溯遙遠(yuǎn)的過去，宇宙的體積是不是更小，我們還知道輻射的波長會隨著宇宙的膨脹而被拉長并損失能量、物質(zhì)粒子會隨著宇宙的膨脹而被稀釋、熱粒子會隨著宇宙的膨脹降低動能變成冷粒子，這就說明在遙遠(yuǎn)的過去，宇宙的溫度更高、密度更大！

這也說明在一定的時期，宇宙中我們現(xiàn)存的中性原子并不會存在，而是由原子核、電子、輻射組成的高溫濃湯，因為這時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，就會被一個高能光子炸開。

如果溫度再高呢？相信你也能猜出來，溫度再高甚至連原子核都無法形成。這一點跟中性原子的情況一樣。此時的宇宙是由質(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)粒子怎么來的？

正反物質(zhì)不對稱問題

如果我們回到宇宙的早期，能量會高到讓兩個相撞的光子自發(fā)的產(chǎn)生物質(zhì)/反物質(zhì)對。按理來說，能量自發(fā)產(chǎn)生的正反物質(zhì)對是完全對稱的。也就是說，產(chǎn)生一個正粒子就會相應(yīng)產(chǎn)生一個反粒子，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)不對稱問題。

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)之間的不對稱，但關(guān)于這個不對稱的事實，我們還是提出了一些解決的方案。就觀測而言，我們可以肯定的有以下這些事實：

• 當(dāng)前的宇宙中，物質(zhì)確實多于反物質(zhì)。
• 目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的所有恒星、星系和星系團，都由物質(zhì)組成，而沒有反物質(zhì)。
• 通過在地球上的實驗室中對宇宙中的情況進(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。
• 在目前最佳的測量技術(shù)下，我們測得宇宙中的光子數(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少得可憐，但請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)會有1個氫原子。作為對比，自大爆炸時遺留下來的光子僅在每1立方厘米的空間內(nèi)就要有411個。二者盡管數(shù)量懸殊，但就整個宇宙而言，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？

如果宇宙開始于某個物質(zhì)和反物質(zhì)總量相等的高能量狀態(tài)，后來演化至物質(zhì)比反物質(zhì)多一點的低能量狀態(tài)，那么宇宙一定是在膨脹并冷卻的過程中發(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程成真，也就是讓物質(zhì)對于反物質(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)。
• 宇宙的三種基本對稱性中的兩種必須被破壞，即電荷共扼（C-對稱性）、電荷共軛宇稱（CP-對稱性）。
• 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)量仍然不會不對等。最容易滿足的是第一個條件：不斷膨脹的宇宙，本身就是一個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-對稱破缺和CP-對稱破缺的粒子，它們都是中性介質(zhì)（夸克/反夸克對），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)生了不對稱的衰表，所以我們的宇宙符合前兩種條件。

那么，第三個條件呢？記住，當(dāng)我們說“重子數(shù)”時，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)，每個質(zhì)子的重子數(shù)算作1（每

個反質(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)的不對稱性，需要一種使重子數(shù)破缺的反應(yīng)。并且，因為宇宙看上去擁有與質(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，我們通過實驗室里的工作，還沒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)，同時也不知道實現(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。薩哈羅夫的第三個條件，可以說是我們研究物質(zhì)與反物質(zhì)的不對稱性時最大的不確定性的來源，也是三個條件中目前唯一有待實驗驗證的。

以上就是宇宙中物質(zhì)的來源，也是一個現(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，能量可以通過愛因斯坦的質(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)的不對成，讓宇宙的能量以小部分物質(zhì)的形式保留了下來，產(chǎn)生了現(xiàn)在我們看到的物質(zhì)宇宙、產(chǎn)生了你和我。