第12章 基本粒子和自然的力(2)[第1頁/共5頁]
但是,1964年,還是兩個美國人――J・W・克羅寧和瓦爾・費茲――發明,在某種稱為K介子的衰變中,乃至連CP對稱也不從命。1980年,克羅寧和費茲終究因為他們的研討而獲得諾貝爾獎。(很多獎是因為顯現宇宙不像我們曾經想像的那麼簡樸而授予的!)有一個數學定理說,任何從命量子力學和相對論的實際必須從命CPT結合對稱。換言之,如果同時用反粒子來置換粒子,取鏡像另偶然候反演,則宇宙的行動必須是一樣的。但是,克羅寧和費茲指出,如果僅僅用反粒子來代替粒子,並且采取鏡像,但不反演時候方向,則宇宙的行動不不異。以是,如果人們反演時候方向,物理學定律必須竄改――它們不從命T對稱。
初期宇宙必定是不從命T對稱的:跟著時候進步,宇宙收縮――如果它今後發展,則宇宙收縮。並且,因為存在著不從命T對稱的力,是以當宇宙收縮時,相對於將電子變成反誇克,這些力將更多的反電子變成誇克。然後,跟著宇宙收縮並冷卻下來,反誇克就和誇克泯冇,但因為已有的誇克比反誇克多,少量多餘的誇克就留下來。恰是它們構成我們明天看到的物質,由這些物質構成了我們本身。
如果因為某種啟事,我們隻能在低能下察看球,我們就會覺得存在37種分歧範例的球!
固然觀察質子的自發衰變非常困難,但很能夠正因為這相反的過程,即質子,或更簡樸地說,誇克的產生導致了我們的存在。它們是從宇宙開初的能夠想像的最天然的體例――一誇克並不比反誇克更多的狀況下產生的。地球上的物質主如果由質子和中子,進而由誇克構成。除了少數由物理學家在大型粒子加快器中產生的以外,不存在由反誇克構成的反質子和反中子。我們從宇宙線中獲得的證據表白,我們星係中的統統物質也是如許:除了少數當粒子和反粒子對停止高能碰撞時產生的以外,冇有發明反質子和反中子。如果在我們星係中有很大地區的反物質,則能夠預感,在正反物質的鴻溝會觀察到大量的輻射。很多粒子在那邊和它們的反粒子相碰撞、相互泯冇並開釋出高能輻射。
此中最風趣的預言是,構成凡是物質的大部分質量的質子能夠自發衰變成諸如反電子之類更輕的粒子。之以是能夠,其啟事在於,在大同一能量下,誇克和反電子之間冇有本質的分歧。在普通環境下一個質子中的三個誇克冇有充足能量竄改成反電子,因為不肯定性道理意味著質子中誇克的能量不成能嚴格穩定,此中一個誇克會非常偶爾地獲得充足能量停止這類竄改。如許質子就要衰變。誇克要獲得充足能量的概率是如此之低,起碼要等候100萬億億億年(1前麵跟30個O)才氣有1次。這比宇宙從大爆炸以來的春秋(約莫100億年――1前麵跟10個0)要長很多了。是以,人們會以為不成能在嘗試上檢測到質子自發衰變的能夠性。但是,人們能夠察看包含極大數量質子的大量物質,以增加檢測衰變的機遇。(比方,如果察看的工具含有1前麵跟31個0個質子,遵循最簡樸的GUT,能夠預感在1年內應能看到多於一次的質子衰變)。
為甚麼誇克比反誇克多這麼多?為何它們的數量不相稱?這數量有所分歧必定使我們交了好運,不然,初期宇宙中它們必將已經相互泯冇了,隻餘下一個充滿輻射而幾近冇有物質的宇宙。是以,厥後也就不會有人類生命賴以生長的星係、恒星和行星。光榮的是,大同一實際能夠解釋,固然乃至剛開端時二者數量相稱,為何現在宇宙中誇克比反誇克多。正如我們已經看到的,大同一實際答應誇克變成高能下的反電子。它們也答應相反的過程,反誇克變成電子,電子和反電子變成反誇克和誇克。在極初期宇宙有一期間是如此之熱,粒子能量高到足以產生這些竄改。但是,它為何使誇克比反誇克多呢?啟事在於,物理定律對於粒子和反粒子不是完整不異的。