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但是，假如另一个完全扁平的宇宙接近并接触这一“平面国”时会发生什么呢？这两个宇宙互相穿过，要么会彼此相安无事，要么会彼此剧烈作用，那就看你怎么设定描述它们的方程式了。如果我们将这一设想扩大到运动于11维中的三维宇宙（增加1个时间维和数个紧化的维度），而且如果我们将不同的参数加入我们探索万物至理所得到的方程之上，我们便会发现，当两个空虚而不活跃的宇宙这样碰撞时，便会借助于膨胀而引发量子爆发，产生出我们这样的宇宙。情况或许还会更为复杂（因而更为有趣），因为这两个宇宙不必完全是扁平的——想象一下两页揉皱的纸被粗粗地平展开来后彼此接近，你便会看到纸面的不同点在两个世界发生大规模接触之前就会彼此接触。自然，两个宇宙的时空不是必须像我们描述的那样扁平。它们可以是弯曲的，像球体表面，或者油炸圈的形状，或者其他有趣形状。所有这些都为M理论家们提供了许多关于我们生活的宇宙起源问题的发挥空间。除非有理由（如果有的话）相信此类理论之一有些许现实性，否则在专家圈子之外讨论这一话题意义不大。但是，这其中最简单的理论之一确实为我们的思考提供了素材，而且也表明，有关“大爆炸前”发生之事，确乎有值得一谈的地方。
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在M理论的许多版本中，自然界4种作用力中，只有引力延及宇宙之外，进入到第7维度。从物理学角度来说，这些想法颇受追捧，因为它们能解释引力为何较其他作用力弱许多——那是因为，从某种程度说，引力的许多作用效果从我们的三维空间中逸出了。我们可以用一个悬浮于水槽中的二维金属盘来做一个不精确但有用的比拟。假如你用锤子敲击盘子，声波会从盘中传递出去，但是某些能量会以穿过第三维进入水中的声波的形式逸出。因而盘中的能量便会减少。
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根据某些M理论模型，假如两个真空的三维宇宙漂浮在第七维度中，彼此相互接近，它们便会被引力拉近而相撞。这便会引发如大爆炸般的事件，然而能量的释放将使得两个宇宙彼此弹开并且在第七维度中彼此飘移。它们在第七维度飘移过程中，每个宇宙将在各自的三维中扩张，其物质扩散得更为稀薄直至与碰撞前的状态相同。但是，最终引力将克服这种飘移并将其重新拉近，引发另一次大爆炸和反弹，如此这般，循环往复无穷期也。这一理论有时被称为火劫宇宙模型（ekPyrotic），将在第十章深入探讨。
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正如宇宙学家们为理解大爆炸的出处所探讨的众多理论一样，这些理论意味着我们的宇宙并非惟一的，而且我们的大爆炸也非绝无仅有。但是，从某种意义而言，我们的大爆炸却可能有自身的独特之处。在某种意义上，我们周围可能存在着数量无限的宇宙，而且还可能存在时间上或前或后数量无限的大爆炸。但是它们不大可能都是同样的。某些宇宙或许只是在大爆炸后再次塌缩前膨胀了一点而已。某些则扩张得过于迅速，其物质被拉伸得过于稀薄而无法形成星系、恒星和人类。有可能在其他宇宙中自然力与我们的宇宙中的并不相同，因而核反应过程更快或更慢，从而导致构成我们身体的那种复杂分子无论如何都无法形成。
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我们的宇宙从很多方面来说都“恰好”适合生命的产生与演化，人们已经为这一事实困惑了许久。有人也曾提出，宇宙是专为生命而设，这一想法也许有些可信度，因为我们的宇宙可能是其他宇宙所做的实验（但是，为何我们的宇宙一切都那么合适，会出现智能生命呢？）。但是，另一些人则提出，在数量无限的宇宙中，自然规律与自然力的每一种可能的结合很可能存在于某时某处。这些宇宙的无限组合中的大部分将是毫无生机的，因为它们并不具备生命存在所要求的复杂环境。然而，仅仅是出于偶然，某些宇宙确实恰好适合生命存在，正如嫦娥碰巧吃了飞仙灵药，虽然这药本来可不是为她特意准备的。像我们这样的生命形式只有在适合生命存在的宇宙中方能存在，因此我们发现自己的宇宙如此适合（生命存在）便不足为奇了。这一切，部分是源于其无限性，即可供选择的宇宙数目的无限多，尽管我们这类宇宙极其稀少，但是对于无限多而言，即便是一个小零头也是无限多的，这使我们的确有点特殊，但并没真的特殊到哪儿去。如果这些理论是正确的，那必然存在数目无限多的类似宇宙，那里存活着与我们类似的生命形式。这种差别有些像专职裁缝给你做的衣服与成衣之间的差别。假如有无限多种可能的形状与规格的服装可供选择，那就没必要再费事去做了，因为必然有一套合适的在等着你，就像嫦娥的飞仙灵药。
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另一方面，事实是我们所居住的宇宙具有确定而熟知的物理定律以及四种自然力，人们对其特性已精研既久。暂且不提对大爆炸前究竟发生过何事的争论，我们了解初生后瞬间膨胀至柚子大小的宇宙，这一宇宙扰动着量子不规则性，灼热异常，并且迅速膨胀着，但重力也开始使膨胀减慢下来。下一个问题是，早期宇宙是如何从那个火球发展而来的？
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宇宙传记 第四章 早期宇宙是如何演进的？
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推动暴涨发生的过程或许正是致使今天宇宙中的恒星、行星和人类自身诞生的原因。大部分普通物质是以质子和中子（统称为重子）的形式存在的，而它们自身也是由夸克构成的。如今，其他普通物质的重要组成部分是由电子和中微子占主导的轻子家族。然而，由于重子占我们今天可见宇宙中物质的绝大部分，因此普通的物质都被称为重（子）物质。我们的宇宙萌发自一个极端灼热、极端质密，纯粹由能量构成的火球。如今的问题是，当宇宙膨胀或收缩时，这个火球是如何产生了我们周围随处可见的重物质的？或者，我们也可以这么问：夸克和轻子从何而来？我们以为自己知道答案，但是正如历史上的无数事例一样，我们回溯的时间越久远对其阐释便越费思量。就宇宙而言，需要更多考虑能量的作用。
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与此有关的不同程度的推测都可用早期宇宙不同时期的能量密度来衡量，根据广义相对论方程，将宇宙的膨胀回溯到过去的每个阶段进行计算，辅以多年来在粒子加速器中所获得的不同代的能量密度（或每个粒子的平均能量）。通常，这些能量是可以用电子伏（eV）来度量的，我们更要牢记一个质子的质量只有不到1吉电子伏（10亿电子伏），相当于1.7×10-27千克。我们还可以将宇宙不同时期的密度与水的密度（即每立方厘米1克）进行比较。
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本章的末尾，大约可以选择大爆炸之后数十万年的时间点，那时宇宙已冷却到现在太阳的表面温度以下（大约6000K，或者仅仅半个电子伏），而且如今探测到的宇宙微波背景辐射也刚开始散布到宇宙。23那时，宇宙的密度仅为水的10-19（一千亿亿分之一），我们对这种情况下物质的状态也有确切的理解。自然，那时地球或者其他行星还远未存在，也没有“日”、“周”或者“年”，但如果仅仅将这些时间单位的概念当作时间的量度，每一单位都代表特定的秒数，我们可以肯定地说，大爆炸后一年，宇宙的温度是200万K，尽管其密度尚不足水的十亿分之一。大爆炸后一星期，整个宇宙的温度为1700万K，比今天太阳核心的温度大约高1/10。尽管其密度仅为水的一百万分之一，但火球中的压强是今天地球表面气压的十亿倍有余。
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下一个里程碑的状况与我们在20世纪30年代初建立的第一个回旋加速器中探测到的情况类似。大爆炸后200秒（大约3分钟多一点），宇宙中每个粒子的平均能量是80000电子伏，温度大约相当于不到10亿K。我们已就处于此种能量状态下的粒子至少进行了70多年的实验，确信自己充分了解了那时粒子间的相互作用——而且，对更早时期的情况也有所了解。大爆炸后1秒，宇宙的温度约为100亿K（差不多100万电子伏），其整个状态正如今天超新星的中心。物质密度是水密度的50万倍，压强是今天地球大气压的1021倍。我们能够了解的宇宙初始的最后一个能与如今的物质相联系的里程碑是在大爆炸（时间零点）10-4秒（一万分之一秒）后，当时宇宙的密度大体相当于现在原子核的密度，温度大约是1万亿K（1012K，或大约90兆电子伏）。这种状况早已为人们所熟知，并已持续很长时间，宇宙的历程便是自此而始，标准大爆炸模型于20世纪60年代末也得以充分确立。
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即便在此之前，20世纪50年代和60年代运行的粒子加速器能量已达到几个吉电子伏，对应的温度（如果在如此高能量下，温度这一概念还有此意义的话）超过30×1012K24。宇宙中此种状态在时间零点之后存在了大约3×10-8秒（300亿分之1秒）。20世纪80年代，费米实验室的核电子伏加速器达到了一万亿电子伏，制造出了宇宙年龄只有2×10-13秒的那一刻的状态。这样的加速器为第一章所述粒子物理理论的发展提供了实验支持。理论学家甚至可以利用大统一理论、超对称理论和膜理论对宇宙起源问题做出进一步推测，这些理论使他们能够猜测宇宙中10秒之前发生了什么。紧接着的下一步工作，是目前在靠近日内瓦的欧洲原子核研究委员会的大型强子对撞机（LHC）上正在进行的对地球上那些理论的检验。如果一切顺利，它将达到超过7万亿电子伏的能量，探索时间零点后10-13-15秒的宇宙状况。但是，从那时起前溯至大爆炸后10-39秒，仍有一段巨大而难测的空缺。但是，我们以为我们至少是大致了解当时的状况。而且，如果我们意欲知晓重物质从何而来，那便是我们必须着手并且继续研究的时间点。
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如果模型是正确的，那么根据大统一及其有关的X玻色子理论，宇宙历程起于质子衰变之时：时间零点后10-39秒，每个粒子的平均能量大约1016吉电子伏，并且其温度是1029K。其密度为水的1084倍，相当于将1012（一万亿）个像太阳那样的恒星塞进一个质子大小的体积中。正是在那种条件下产生出X玻色子。
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我们先前曾言及从能量可以产生出虚拟粒子，我们当时略过了这一过程的一个重要特征。粒子的一些重要属性，如电荷，在宇宙中似乎能够保持守恒。总体而言，电荷不可能在任何试验中产生或者消除，因此，据我们所知，宇宙中的电荷数量总数正好相等（碰巧是零）。因而，如果想通过能量产生一个负电荷粒子，如电子，你必须也造出一个正电荷粒子，以保持均衡。在此，电子所对应的正电荷粒子称为正电子，而且它与电子质量相等，只不过带一个单位的正电荷。所以，假如我们谈到环绕某个电荷的虚拟粒子云，正确的理解是正负电子对偶子环绕着电荷而非电子。
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当然，也不仅仅是电荷有此与众不同的特性。正如我们在第一章提到过的那样，量子还具有类似的其他属性，宇宙中每个变化的粒子都被认为具有一个含相反属性的“反粒子”对应体。这并不意味着每个粒子都有一个反粒子对偶子，而是原则上可能有一个此类反粒子存在，如果拥有能产生此种必需的粒子反粒子能量的话。一个能量充足的光子（带有超过两个电子的剩余能量）能够将其自身转变为对偶粒子，一个电子或者一个正电子。但是，如果一个正电子遇到一个电子，两个粒子便瞬间消失于一个高能光量子中——伽玛射线——它们相反的量子属性相互抵消了。
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相同的过程影响所有粒子。纯能量能产生出这些物质——反物质对偶子，但是当粒子和反粒子对偶子相遇时，它们相互融合并再次释放出能量。粒子甚至不必携带电荷——例如，中子也有反物质对应体。25不过，物质与反物质实体如果携带电荷的话，那么电荷便是区分它们最明显和最方便的标志。
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宇宙是以纯能量的形式诞生的。但是，那一能量立即便开始产生粒子反粒子对偶子，而且粒子反粒子对偶子开始相互融合，再次产生能量。随着宇宙膨胀与冷却，宇宙中每个微小体积中含有的能量减少了，当能量密度下降后便不可能再产生大质量粒子。最终，能量密度（相当于温度）将降到甚至无法产生电子。假如上述过程完全是可逆的，正如地球上所有实验显示的那样，当足够致密宇宙中的粒子经常发生碰撞时，其结果便是会产生出一个含有相同数量物质与反物质粒子全新的宇宙。每个电子将有一个正电子，每个夸克亦然。每个粒子将遇到一个反粒子对偶子并与其融合。至宇宙诞生十几万年之时，所有物质都可以将其自身转变回辐射，但此时其温度已太低，产生不出更多的任何粒子对偶子了。宇宙中便不存在物质了。那么，构成我们的物质来自何处？所有构成可见宇宙中恒星和星系的物质又来自何处？
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惟一可能的答案是，在宇宙历程早期条件下，上述过程并非是完全对称的。第一个完全赞赏此种理论并将其蕴含的深刻意义简单阐述出来的人是苏联物理学家安德烈·萨哈洛夫（Andrei Sakharov），他在20世纪60年代发表了这种观点。
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萨哈洛夫理论的立足点是20世纪60年代初期震惊粒子物理学界的实验发现。它与称为“CP对称性”的量子粒子属性有关，其到底为何如此得名，我们在此就不再赘述其历史原委了。描述CP对称性最简单的方法是想象一种量子粒子的相互作用，然后想象将每个粒子都换成其对偶子，并将整个作用过程都放映在镜像中。根据CP对称性理论，其镜像将与显示世界中的作用完全一致。然而，在一系列开始于1963年对称为K介子的衰变粒子的长期实验中，普林斯顿大学的詹姆斯·克罗宁（JamesCronin）和瓦尔·费奇（ValFitch）发现大约有千分之二的衰变不遵循CP对称性。这些衰变仅与弱相互作用有关，但它们也表明被奉为圭臬的粒子反粒子相互作用中的对称性原则也并非宇宙的铁律。受到这一发现鼓舞的萨哈洛夫在1967年提出，必然存在涉及强相互作用和重子有关的过程，这一过程也违背粒子反粒子相互作用。如果是这样，他便能勾勒出早期宇宙中重子物质产生的方式。在2004年，所有这些观念都得到确凿佐证，当时美国斯坦福线性加速器中心进行的BABAR实验测量出成为B介子的粒子衰减过程及其反粒子对应体。从统计学角度来说，如果影响物质与反物质的基本作用的方式没有什么不同，那么两种粒子将会以同样的方式衰变。但是，通过筛选2亿对B和反B介子的衰变记录，研究人员发现，有910多次的B介子衰变为K介子和π介子，但只有696次反B衰变是以同样的方式进行的。在本来的K介子的实验，在1000份中仅有2例，百分之零点二的时间里，显示出了CP破缺；新的实验表明这种概率是百分之十三（因为总共有1606次衰变，两种衰减模式之间的差异是214；214除以606，得出的比例是13.3%）。26这是迄今最强大的证据说明萨哈罗夫关于大爆炸是如何产生的想法是正确的。
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事后看来，他的观点看起来竟然这么简单，几乎是一个同义反复。但是，要想想到这一点，需要一种完全不同的思维方式，这在20世纪60年代末没有任何其他人对宇宙有这样的想象力。萨哈罗夫说，首先，必须有某种过程能在远远大于地球上的加速器实验所取得的能量的状态下运行（这就是为什么我们从来没有见过它们），由能量产生出重子（而不是反重子）。第二，这些程序中至少有一些必须违反CP对称性。如若不然，将会有反过程产生同样数量的反重子，以抵消第一个进程所产生的重子。第三，宇宙不会处于一个平衡状态（这样所有时间都会处在相同温度下），不然的话，反向进程将会把物质变回到辐射，与辐射变成物质的速度一样快；这意味着，宇宙必须冷却，而这又意味着它必须是膨胀的。正是宇宙的膨胀使物质能够从能量“冻结”产生，前提是要存在某种不平衡，产生的重子比反重子更多。
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当时没有多少人留意萨哈罗夫的观念，因为那时还没有详细的理论框架和实验支持它。但是随着我们在第一和第二章描述的模型在20世纪70年代被提出，这一观点再次在大统一理论的背景下浮现出来，特别是涉及X玻色子的过程，因为它暗示了质子衰变的可能性。质子衰变涉及宇宙中重子的消失，将物质粒子转换成能量。将这一情况倒推回去，大家会看到宇宙中重子从能量中产生出来。
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从两个证据中，我们能够知道宇宙中有多少原始能量变成重子。第一个证据是简单比较一下我们可以看到的恒星及星系所包含的物质的量与背景辐射的强度。背景辐射均匀地布满空间，这可以表示为辐射密度，可以用每立方厘米的光子的数量来描述，当然也可以用您所选择的任何其他量化方式来描述。宇宙中的重子物质的分布并不一致，但是仍可以采取在空间选取一个区域，观测其中星系的数量，将典型恒星的质量，乘以典型星系中的恒星数目，这样来转换成在均匀分布的情况下宇宙的重子密度。我们将在下一章看到，实际情况比这要复杂一点，因为星系中还有一个可衡量的暗重子的量，但无论如何基本原则是直截了当的。另一种方法，取决于我们对大爆炸后期质子和中子被“烹饪”出来的方式的了解，我们将在本章对此进行进一步的探讨。令人高兴的是，这两种办法给我们的答案是同样的，这一答案有时被称为“重子对光子的比例”——目前的宇宙中，每一个重子对应十亿（109）个光子。27这一数值衡量了涉及X玻色子衰变过程的偏差，其比例为1：10亿。所有的大统一理论都预测会存在这种对称偏离（即“对称性破缺”），但一些的预测值较大，一些的预测值较小。宇宙学和粒子物理学联姻后第一个成功的案例，是消除了所有对重子对光子的比例预测不够准确的大统一理论；具体说来，这个数目确切的大小特别青睐包含超对称性的模型。
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这是所需要的最后一条证据，以解释我们今天看到的物质如何能在宇宙大爆炸的能量中产生出来。它始于我们以为我们知道的东西——X玻色子的衰变——终结于我们确信我们知道的东西——在宇宙大爆炸的最后阶段，即大爆炸发生后几分钟，氢原子核的聚变产生氦核。
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