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根据物理定律,人类根本不应该存在,宇宙应该完全湮灭才对

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来源:宇宙观察

作者:杨钦兆

按理来说,我们根本不应该存在,不只是我们,就连你脚下的地球、头顶的太阳,甚至这浩瀚宇宙中的每一颗尘埃,理论上都不该出现。

这可不是危言耸听,这是现代物理学最坚实、也最令人抓狂的结论。


让我们把时钟拨回 138 亿年前,根据标准模型,在宇宙大爆炸发生的那一瞬间,纯粹的能量转化为第一批基本粒子:电子、夸克、光子,但物理学遵循一个铁律:对称性,当一个物质粒子诞生时,它的“邪恶双胞胎”,反粒子必然也会同时诞生,当一个粒子遇上它的反粒子(例如质子遇上反质子),两者会瞬间湮灭,释放所有能量。


如果当年的宇宙完全遵守这条“公平法则”,那么所有的物质和反物质应该在诞生的瞬间就相互抵消殆尽,现在的宇宙应该是一片彻底的死寂,没有星星,没有原子,只有一片冰冷且不可见的辐射海。

但很明显,宇宙的对称性被打破了。


我们今天能够存在,代表在宇宙最初的那场大混战中,天平发生了一次极其微小的倾斜,不论是巧合还是神迹,大自然偏袒了“物质”这一边。

计算表明,每诞生 10亿 个反粒子,就会诞生 10亿零1 个物质粒子,正是这多出来的1,在所有的反物质被湮灭后,孤独地留存了下来,聚集成为了今天的星系、恒星,以及你身体里的每一个原子,这个现象被科学家称为“宇宙的重子不对称问题”。


为什么会出现这种不平衡?

标准模型虽然很完美,但在这里它显得捉襟见肘,按照现有理论预测的对称性破裂程度,实在太过微弱,根本不足以产生如今这么庞大的物质宇宙。

于是超对称理论出现了,该理论认为每一种已知粒子都有一个更重的“超对称搭档”(如电子对应超电子),这些看不见的幽灵粒子可能在早期宇宙制造了关键的不对称性。


为了寻找答案,科学家在瑞士日内瓦地下深处,建造了人类历史上最复杂的机器,大型强子对撞机,他们试图重现大爆炸的瞬间,通过极高能的对撞,拷问自然界的底层代码。

为了解开谜团,科学家兵分两路


第一路人马选择了“找茬”,试图证明物质和反物质在性质上并不完全相同,这就是 BASE 实验,他们的逻辑很简单:如果质子和反质子真的是完美的镜像,那么它们的质量、电荷和磁矩应该分毫不差,如果能找到哪怕一丝一毫的差异,标准模型就会崩塌,新物理的大门就会打开。


2025年,BASE 团队完成了一项被认为是不可能的壮举,过去我们只能测量反质子的“静态性质”,但在最新的实验中,科学家成功对单颗反质子进行了“受控的量子跃迁”,这听起来很玄幻,简单来说,他们把一颗反质子囚禁在彭宁离子阱中,利用超精密的磁场和低温环境,像拨动开关一样,精准地控制了反质子的自旋状态。


这意味着人类不再只是“观察”反物质,而是开始“操控”反物质的量子行为,通过这种动态控制,科学家以前所未有的精度对比了质子和反质子的磁矩。

然而结果令人“失望”又震惊:依然没有发现任何差异,哪怕在十亿分之一的精度下,反质子依然完美地像是质子的镜像,这也逼迫物理学家必须往更深处挖掘,也许差异不在“性质”上,而在“行为”上?


既然静态性质一样,那它们在“衰变”那一刻的表现是否相同?

这就轮到 CERN 的另一大王牌,LHCb 实验(大型强子对撞机底夸克实验)登场了,这里涉及到一个核心概念:CP 对称性,C是电荷共轭,即把粒子变成反粒子,P是宇称,即像照镜子一样把空间左右颠倒。


根据经典的 CP 守恒定律,如果你把物理过程进行“镜像反转”并“电荷反转”,物理定律应该不变。但在微观世界,大自然是个“双标的人”。

LHCb 团队专注于研究一种名为“底夸克”的重粒子,早在 2017 年,他们就在重子的衰变中发现了 CP 对称性破缺的迹象,简单来说,物质重子的衰变方式,和反物质重子的衰变方式,出现了概率上的微小不同。


到了 2021 年,他们在克希重子身上也复现了这一现象,比如某种重子衰变成特定粒子组合的概率,可能比对应的反重子高出 数千分之一的百分点。

这就好比你抛一亿次硬币,正面朝上的次数比反面朝上多了几次,乍看微不足道,但在宇宙初期每秒兆亿次的反应中,这一点点“概率作弊”,就像滚雪球一样,最终导致了物质的全面胜利。


虽然我们找到了这种机制,但物理学家依然眉头紧锁:目前观测到的 CP 破缺强度,只能解释宇宙中极小一部分物质的来源,一定还有某种更猛烈、更隐秘的机制藏在未知的领域。

为了捕捉那缺失的拼图,我们不能满足于现有的设备,2025 年,CERN 正式启用了全新的 TELMAX 装置,你可以把它看作是反物质研究的“基础设施升级版”,在此之前,反物质极其难搞,它们速度极快,难以捕捉,且一碰到器壁就湮灭,TELMAX 连接了超低能量反质子减速器,能将狂暴的反质子“驯服”,让它们几乎静止下来。


TELMAX 不仅仅是一个实验,它是一个共享平台,它允许科学家测试新型的粒子陷阱、冷却激光和超灵敏探测器,它就像是反物质领域的“工业革命”,让科学家从手工作坊式的捕捉,进化到流水线式的精确操控。

只有当我们能像使用电力一样自如地操控反物质,我们才有可能在实验室里重现那个“对称性崩塌”的关键瞬间。


通过 BASE 的精准测量、LHCb 的概率追踪,以及 TELMAX 的技术铺垫,我们正一步步逼近真相,但这一路走来,最让我震撼的不是复杂的公式,而是那个哲学隐喻:如果这个世界是完美的,那它就是死的。


如果宇宙在大爆炸之初保持了绝对的公平和对称,物质与反物质将完美抵消,留下的只有光的虚无,但大自然“犯了一个错”,在十亿次的完美对冲中,它允许了一次微小的偏差,正是这个微小的、不完美的误差,成为了所有星辰、山川、河流以及你我存在的基石。


我们研究反物质,不是为了寻找敌人,而是为了理解那个“选择的瞬间”,或许我们每一个人,都是宇宙那个“美丽错误”的后代,宇宙通过打破自身的完美,换来了被观测、被理解、被爱的可能。

所以,下次当你觉得自己不够完美时,请记住:正是因为不完美,宇宙才得以存在。

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