大爆炸的时候,物质和反物质一起出现,但为什么我们是由物质而不是反物质构成的?

法兰西is培根


男人👨和女人👩的差异,在于他们的性别不同,并不存在正反人之说。同理,对于正负电子及质子的不同,也仅在于它们拥有相反的电量🔋。我们并不能因此就认为它们是正反物质。

因为,无论是正负电子或质子,它们的质量都是正的,都具有相同方向的惯性和引力。而且,根据爱因斯坦的质能方程,一旦它们解体,都会还原为最小粒子的动能,都是正能量。

因此,将不同电性的粒子称为正反物质,是不对的,会使人产生歧义。比如,由此产生了虚粒子的概念,认为空间是虚粒子对的海洋;认为正负电子或质子的出现,能量为零,不违反质能守恒定律。

于是,原本单一的由最小粒子构成的物理背景,变成了一锅杂碎或八宝粥,失去了世界的简洁性,从而极大地降低了我们的认识效率。

认为正负粒子是正反物质的另一个弊端,是无法解释,为什么我们的宇宙是由正物质构成的?然而,这却是一个不争的事实。

于是,要么存在着不同的宇宙,它们的物质属性截然相反;要么就是我们的宇宙是正反物质相互抵消掉后的结余。

上述两种解释,都有点就是论事的味道,并没有使我们对宇宙有更深刻的理解,没有使我们的认识获得发展与进步。

之所以会产生正反物质的观念,是缘于粒子的标准模型。该模型属于唯象型理论,类似元素周期表,将不同属性的各种基本粒子进行机械的分类,认为它们是由更为底层的夸克所组成的。

然而,类似于地心说,随着发现的天体增加,描述天体运行的本轮均轮越来越多,以至于无人能够直观地想象出天体的运动是什么样子的;夸克也是如此,随着发现的基本粒子的增加,夸克的数量也在不断地增大,达到了数十种。这是一种典型的机械世界观,其并不符合现实的有机统一性。

实际上,我们可以比照原子的光谱来认识各种不同的基本粒子。它们仅只是同一个粒子因为能量的不同所具有的不同状态。

只是由于量子化,使粒子的能量状态是不连续的,从而表现为各种不同的粒子。类似于不同能量的光子,可以分别称乎为红外线、可见光、x射线和伽马射线等;不稳定的高能粒子,也仅只是基态粒子的激发态。

因此,能量越高的粒子就越不稳定,会在较短的时间内释放能量跃迁回基态的粒子。共振峰表现的最为典型,其一方面具有固定的能级,而另一方面其存在的时间却只有百万分之一秒左右。

于是,电子和质子分别是基本粒子的两个不同极限的基态,而一系列的轻子和重子则分别是电子与质子的激发态。

基本粒子之所以具有电性,可以产生电的相互作用,是因为这些粒子都具有自旋,即具有角动量。

类似同向行驶的船只会被水挤压表现为吸力,而逆向行驶的轮船🚢则会相互排斥;同向自旋的粒子具有矢量方向上的相互吸力,逆向自旋的粒子则会相互排斥。这就是为什么,电力是有方向的,其与引力不同的原因。

此外,不同粒子的电量是绝对相等的。这也说明了各种基本粒子是同一个粒子的不同状态。因为,粒子的角动量具有与粒子的能量大小无关的特性。

普朗克常数h的不变性,就证明了这一点。该常数是作为最小粒子的光子(量子)的角动量,与光子的能量大小无关。

于是,不同电性的粒子,是缘于它们的自旋方向不同。比如,正负电子,两者的区别仅在于它们具有不同方向的自旋。

如果我们把不同方向的自旋粒子看作是基态粒子与激发粒子的关系,即认为正电子是负电子的激发态;那么随着宇宙的膨胀,宇宙内部空间的背景温度会越来越低,从而使原本处于激发态的正电子释放能量,回归为稳定的基态,转变为负电子。

于是,我们的宇宙就成为了现在“正”的世界。或许在自然界中存在着高温宇宙,那里是“负”的世界,还没有实现由“负”到“正”的转变。

总之,如果我们从有机统一的观点来看问题,将不同的粒子视为同一粒子的不同状态。那么,正负粒子的区别仅在于能量状态的不同。于是,之所以我们的宇宙是由“正”物质构成的,是因为作为激发态的“负”物质随着宇宙能量的降低,而回到了基态的缘故。


淡漠乾坤


宇宙大爆炸发生时,物质与反物质确实一起出现,但物质与反物质的量并不是等同的,有着非常微弱的差距,物质的比例相对要稍微高一些(相对反物质)!

而就是这种非常微弱的差距形成了我们的物质世界,如此丰富多彩的世界!虽然物质与反物质的差距非常微弱,但只需要物质一点点的胜出,就足以形成我们如今浩瀚的物质宇宙。在物质与反物质的湮灭中,物质占据了上风,这就足够了!

但科学家并没有弄清楚为什么物质会比反物质略多,这是一个未解之谜,等着未来科学家探索其中的奥秘!

还有一点,物质与反物质的定义是相对的,物质只是我们人类的自己的定义,如果有反物质世界,那里的生命也会称我们为反物质世界!同时,如果宇宙大爆炸开始后,反物质比物质多,或许如今我们生活在反物质世界,只不过我们还会称为物质世界,那只是一个定义!

不过,宇宙大爆炸理论也知识基于一定事实基础上的假想理论,它并不是完美的,未来或许会出现更有说服力的理论,不过在此之前,宇宙大爆炸仍是解释宇宙起源最好的理论!


宇宙探索


  • 图注:NGC 5426-27 (Arp 271) 的双子座南图像由双子座多目标光谱仪成像。

当我们环顾宇宙时:

  • 在行星和恒星上、
  • 在星系和星系团中在气体、
  • 尘埃和等离子体中填充这些密集结构之间的空间,

我们到处都能找到相同的信号,我们看到原子吸收和发射线,我们看到物质与其他形式的物质相互作用,我们看到恒星形成和恒星死亡,碰撞,X射线等等。

但是,我们没有看到同样重要的东西:我们没有看到任何这样物质的信号,用反物质湮灭超大的尺度结构。我们没有看到任何证据表明这些恒星、星系或行星是反物质构成的。我们没有观察到我们希望看到的一些反物质结构是否与物质结构碰撞(和消灭)的特性伽马射线。相反,重要的是,在我们所处的宇宙中,物质无处不在。

这对我们来说不会是个问题:尽管爱因斯坦质能方程E=mc^2告诉我们,我们可以用纯能量产生质量,我们今天在宇宙中所知道的所有反应和规律只能通过创造等量的物质和反物质来创造质量。

  • 图注:爱因斯坦

那么,如果自然规律在物质和反物质之间完全对称,我们今天是如何来到这里的呢?宇宙是由许多物质组成的,实际上没有反物质。好吧,有两种选择:要么宇宙生来的物质比反物质多,要么宇宙大爆炸后,在非常热和稠密的阶段,在早期就发生发生了什么,来创造一个一开始物质/反物质不对称的宇宙。虽然我们不能排除第一个选项,但如果不重新创造宇宙,我们就不能完全排除第二种可能。但是,如果第二种选择是真的,我们有很大的希望去弄清楚它是如何发生的。

朝这个方向迈出的第一步是在1968年,当时苏联物理学家安德烈·萨哈罗夫意识到,如果宇宙只满足三个条件,就不可避免地使物质/反物质不对称。这三个条件如下:

  • 宇宙必须失衡;
  • 宇宙必须违反C-和CP-对称;
  • 宇宙必须拥有违反重子数的相互作用。

第一个是非常,非常简单:宇宙也许是最终失衡的状态!当它膨胀时,它冷却下来,自由、容易和稳地发生的反应和相互作用——比如从光子碰撞中形成物质/反物质对——突然停止,因为宇宙变得不那么热和稠密,随着宇宙的不断膨胀和冷却,它离它之前的接近平衡状态越来越远。

第二个,也很容易。C对称性说,如果你用反粒子替换粒子,它们应该做同样的事情。如果有粒子顺时针旋转,反粒子应顺时针旋转。如果以某种方式有粒子衰变,反粒子应该以同样的方式衰变。但是,如果C被违反,粒子和反粒子可以的行为彼此相反!在几乎所有弱相互作用(包括放射性衰变)中,C被观察到被破坏。

CP 是 C 对称性的组合,其中用反粒子替换粒子,而 P 对称性,在其中反射镜子中发生的一切。你的左手和右手互相呈现P对称:如果你竖起大拇指,卷曲手指,你的左手和右手会互相镜像。在粒子物理学中,如果粒子顺时针旋转并向上衰减,则其反粒子应逆时针旋转,如果保存 CP,则衰减时间应超过 100%。如果没有,则违反 CP。

在自然界中,我们观察到含有重夸克的粒子——奇夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)——在它们衰变时违反CP。但我们从未观察到第三个萨哈罗夫条件:违反重子数(B)。严格来说,标准模型只要求保存 B - L,或重子数 (B) 减去轻子数 (L)。在标准模型的许多扩展中,例如新的电弱物理,新的高能轻子物理,具有超对称性或大统一性,大量的重子违反是可能的。为了向您展示这在早期宇宙中是如何工作的,让我们考虑一下,在大统一理论中, 有两种新类型的粒子:一种是X,电荷为+4/3,B- L数为+2/3(反X,电荷为-4/3,B- L数为-2/3),Y为-1/3,B-L数为-2/3(反Y,电荷为+1/3,B-L为±2/3)。这些粒子,在炎热的早期宇宙中,只要宇宙有足够的能量来制造它们,它们就以相等的数量产生。它们不是唯一的东西,但它们非常丰富。当宇宙膨胀和冷却(这是不平衡的部分),宇宙停止制造它们。它们中的一些粒子会找到彼此并湮灭,而另一些粒子会衰变。它们如何衰减有规则:

  • 粒子(X、Y)和反粒子(反X、反Y)的总衰变时间必须相同。
  • 粒子可以采用的任何单个衰减路径(X 或 Y)必须由反粒子(反 X 或反 Y)对其"反"对应。

但是,当违反 CP 时,可能会发生一件异常的事情:

  • 粒子和反粒子之间的单个衰减路径不必以相同的分数发生。

换句话说,如果一个粒子可以以两种不同的方式衰变,而且每次衰变都有发生的几率,那么其反粒子必须以同样相应的方式衰变,但每次衰变发生的几率可能不同!

查看上图。我们可以让X衰变成两个上夸克50%的时间,并变成一个反夸克和正电子50%的时间,但反X衰变成两个反上夸克只有49%的时间,而它可以衰变成一个下夸克和电子51%的时间。这意味着,每50个X和反X对,我们总共将得到151夸克,51个麻风,148个反夸克和50个反列普顿。

夸克-反夸克对和轻子-反轻子对将湮灭,留下三个夸克和一个轻子,或相当于一个额外的重子(一个质子或中子)和一个额外的轻子(一个电子或中微子)。这一途径将使我们能够创造物质对反物质的显著不对称!我们可以对Y粒子和反Y粒子进行类似的分析,最后形成一个宇宙,这个宇宙在反物质上具有不对称性,而最初没有。

目前还没有确切决定这在我们的宇宙中是如何发生的,尽管如果"电弱尺度的新物理"或"SUSY"的解释是正确的,强子对撞机(LHC)可能会找到这方面的证据。


科技领航人


物质和反物质的命名是人为规定起名的,打个比方,若有两个平行宇宙,一个宇宙里是由物质组成,另一个宇宙里是由反物质组成,可在那个由反物质宇宙中的人类,也会把“反物质”命名为“物质”,“物质”命名为“反物质”。

因为人类接触发现的正反两种物质的时间不一样,发现第一种物质的时间要比另一种物质的时间要早的早,发现的第一种物质,自然命名为物质,当发现另一种截然不同,可以和物质相互抵消的物质时,自然命名为反物质。

这没有什么好奇怪的。




爱因斯坦顿


我就说我们现在就是反物质你有证据否定吗?不信你去问问对方的物,我们是不是与它相反的物质。敌人说我们是敌人,我们说敌人是敌人,我说你叫你,你说我叫你,我说你是反物质而你又说我是反你的反物质。外国科学家说他国家月亮比我们亮,你又说是呀。笨蛋!


霜叶9975


如果反物质剩下的多,那现在人们就称其为物质了


宽容的心情


大爆炸能爆出绝对物质的多维重叠的绝对物质宇宙吗?并且各维度绝对物质星球不发生碰撞毁灭。呵呵。虚拟宇宙才会这样多维共存,过去现在将来共存。


我是真理生命道路


有正必有反,有阴必有阳,同一东西的二个方面,从来没单独存在的反物质。


生拉活扯


我们是物质世界的,还没有能力观察反物质世界,并且,物质和反物质遇到后会有什么现象产生,也无法解释。


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