10.08 宇宙誕生的第一秒發生了什麼?

大爆炸發生 10 ^-27 秒後,使得宇宙的天平向物質一方傾斜。反應的主角既偉大又低調,它就是中微子。如果沒有它,我們就不會有今天,或者說我們的世界將成為反世界。

創世紀:物質戰勝了反物質

0秒

宇宙誕生

宇宙诞生的第一秒发生了什么?

138億年前,大爆炸發生,宇宙從中誕生。那時的時間、空間、能量處於一種目前物理學無法描述的不可分的糾纏狀態。

10^-40秒

基本力開始作用

宇宙诞生的第一秒发生了什么?

第一種力——引力——開始出現。接下來是另外三種力:電磁力、強力和弱力,它們將支配粒子的行為。

10^-30秒

物質和反物質出現

宇宙诞生的第一秒发生了什么?

空間突然暴脹,在其內部形成物質粒子和反物質粒子(完全相同,但攜帶的電荷相反)。當物質顆粒遇到與它對應的反物質時,二者湮滅在一道光束裡。

10^-27秒

中微子打破宇宙平衡

宇宙诞生的第一秒发生了什么?

日本一項實驗的首批數據表明,一些粒子衰變時可能發生了微弱的不平衡,它們就是重中微子。這種作用使輕子(電子、μ介子、τ介子)或反輕子誕生,但比例不對稱:對應著100000個反輕子,形成了100001個輕子。所以物質略多於反物質。這個微弱差異將成為關鍵。

宇宙诞生的第一秒发生了什么?

我們的世界誕生

10^-11秒

這種不平衡被傳遞給夸克

宇宙诞生的第一秒发生了什么?

輕子轉化為夸克,反輕子轉化為反夸克……中微子導致的不平衡被傳遞下去:夸克略多於反夸克

10^-6秒

再傳給質子和中子

宇宙诞生的第一秒发生了什么?

溫度降到足夠低,使夸克能夠轉化為質子(p)和中子(n),即原子核的組成成分。反夸克則形成反質子和反中子……不平衡一直傳遞下去。

10^-4秒

發生大湮滅

宇宙诞生的第一秒发生了什么?

物質和反物質湮滅(發光)。中微子不對稱反應產生的多餘量成為決定性因素:剩下了一丁點物質。更精確地說,每10立方米的宇宙有1個核子(質子或中子),而在湮滅以前,每立方厘米有1040個核子。

10^-3秒

只剩下物質

宇宙诞生的第一秒发生了什么?

所有反粒子被摧毀。只剩下物質顆粒,它們逐漸形成原子,然後形成恆星、行星……

宇宙诞生的第一秒发生了什么?

如果沒有發生反應

宇宙诞生的第一秒发生了什么?

大爆炸可能形成數量完全相等的粒子和反粒子。它們相遇、湮滅,每次施放一道光。

宇宙的歷史可能短暫結束:大爆炸過後10^-3秒,宇宙就完全不存在任何物質,只留下光,而光也將隨著宇宙膨脹逐漸減弱。

一個無聊的世界……

如果反應有利於反物質

宇宙诞生的第一秒发生了什么?

或將形成一個反世界,即我們世界的完美鏡像:反原子、反分子、反恆星……

不過,如果反物質是“反引力”的呢?因為我們今天還無法得知,反物質是否像物質一樣陷入時空,還是產生相反結果。反粒子可能不會相互吸引,而是相互排斥。

如果情況如此,在反物質組成的宇宙中,粒子可能相互遠離。比起沒有反應也好不了多少……

撰文 Mathieu Grousson

編譯 周佩瓊


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