书名: 时间的边缘

作者: （美）丹·胡珀

书号: 9787521725216

格式: pdf-epub-mobi-txt-azw3

出版: 中信出版集团

出版日期: 1月 2021

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语言: 中文

弱力不遵守宇称对称性以及电荷对称性这一发现，很大程度上推翻了粒子物理学家对宇宙的假设。他们艰难地认识到了弱力与他们天真的直觉并不相符。就像科学史上曾经出现过许多次的场景一样，他们的常识让他们误入歧途。但是在这个发现之后，他们意识到，即使弱力打破了宇称和电荷的对称性，但是这两种对称性的组合却有可能保持不变。假设有一个受弱力作用的粒子，比如一个逆时针旋转的电子，现在我同时改变它的旋转方向和电荷，让它变成顺时针旋转的正电子，这样它感受到的弱力仍然不变。因此，即使弱力分别打破了电荷对称和宇称对称，但是至少电荷和宇称组合形成的对称性（简称CP对称）可能仍然存在于宇宙结构当中。

但是事实并非如此。1964年，当实验表明CP对称也被打破时，粒子物理学家再一次被震惊了。这种现象最先在Κ介子（由一个奇夸克和一个反下夸克组成）上被观察到。之前物理学家知道弱力可以将一个Κ介子转变为反Κ介子，反之亦然。而这些实验揭示了一个新的事实：这一变化过程朝两个方向发生的可能性不同。事实上，这反映了自然结构确实对物质和反物质区别对待了。CP对称被打破正是满足萨哈罗夫第二个条件所必需的，这使得更偏向于生成物质而非反物质的过程真的有可能存在——起码理论上有可能。

也许最奇怪的事情是，这一认识告诉了我们时间的本质。所有与爱因斯坦的狭义相对论相容的量子场论都必须满足电荷–宇称–时间对称（简称CPT对称）。这就意味着如果弱力会打破CP对称，那么时间反演对称性也必然会被破坏。棒球沿着抛物线轨迹的运动，无论正放还是倒放，我们都会看到一样的结果，但弱力在时间的两个方向上的作用并不相同。大自然通过这种方式区分了过去和未来，这样一来，随着时间的流逝，天平就会逐渐偏向物质这一方。

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哪怕粒子之间的相互作用能够改变物质相对于反物质的净数量，哪怕这些相互作用偏向于物质，我们都无法解释为什么会有这么多质子、中子和电子能够在大爆炸的高温中存活下来。如果宇宙在早期持续稳定地膨胀并冷却，那么即便存在这些相互作用，物质和反物质的比例也会逐渐达到自然状态下的平衡，并且最终无法打破宇宙原始状态的平衡。萨哈罗夫证明，如果要让物质的总量超过反物质，那么第三个条件也必须满足：宇宙一定在最早期经历了一场极为猛烈的转变。