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世界为什么是现在这个样子，而不是别的状态？从物理学的角度思考这个问题，带给我们很多疑问。现代物理理论是建立在对称理论的基础上，比如说，宇宙的早期没有星球，没有原子、分子、电子，整个世界是混沌的一团，现有的四种相互作用力也表现为一种统一的形式。也就是说，在大爆炸后的极早期，宇宙是完全对称的，作用力是统一的，之后为什么会分裂成四种不同的相互作用呢？
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这是因为自发对称破缺在宇宙演化中扮演了一个重要的角色。
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对称破缺是我们现在的宇宙起源和存在的原因。时间和空间、天体、物质、生命、大自然，世界上的一切，都是对称破缺的产物。
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图6-2-1 大爆炸后，由于不断的自发对称破缺而形成现在的宇宙
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如图6-2-1所示，大爆炸发生之后，随着温度下降，对称破缺导致引力作用首先分离出来，然后是强作用力的分化，剩下了弱电统一。当宇宙继续变冷，弱电统一也开始破缺，形成现在我们熟知的四种力。再后来，宇宙开始了大范围的变化，由于对称性自发破缺形成了各种基本粒子，基本粒子又由于各种力的相互作用而结合成更为复杂的原子、分子、星球、星系等，直到产生生命，最终成为了现在所观察到的宇宙图景。
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宇宙中正物质和反物质的数量比例是另一个使物理学家们困惑的问题。
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自从狄拉克将正电子的假设带进了物理学，人们对物质世界的思考便多了一个方向：反物质和反世界。狄拉克曾经猜测，宇宙中完全有可能存在由反物质组成的星球。
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因为正反物质相反而奇特的性质，并且一旦相遇便会两者湮灭并释放出高能光子，由此激发了人们的想象，也给予科幻小说家极大的驰骋空间，诞生的此类科幻文学作品不胜枚举。事实上，科学家们也的确观测到了诸多反粒子存在的证据。安德森于1932年证实了正电子的存在；1955年，赛格雷和张伯伦发现了反质子；第二年，美国物理学家考克发现了反中子。这些反粒子的发现记录使物理学家们渴求发现真正由反粒子构成的反物质——反原子，但从来没有在实验室及天文观测中发现它们的迹象。到了20世纪末，有物理学家等不及了，心想，抓不到天外来客没关系，那就人为地制造出反物质来吧。于是，他们在1995年，利用欧洲核子中心的反质子环，成功地制备出了9个反氢原子。这区区9个原子，寿命极短，但当时却让大家兴奋一时。
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不过，我们的世界中万事万物都只是由正物质，即我们通常所说的电子、中子、质子、夸克等构成的。在物理学中所做的实验中，正反两种粒子总是成对地产生或湮灭，如果说创世之初，当宇宙开始的时刻，一切都是对称的、中性的话，后来也应该产生等量的物质和反物质。如狄拉克预见的，有可能存在反物质组成的星球。但是，狄拉克这一次的预言落了空。我们放眼望去，一直望到我们能够看到的整个宇宙，也只是看见与我们的世界相类似的“正物质”组成的天体。为什么大爆炸后形成的世界中只有这些正物质而没有反物质呢？成对产生的另一种反粒子到哪儿去了？我们当然并不欢迎它们回来，因为那样会与我们的世界“湮灭”而毁灭一切。但是，科学家们对大自然的好奇心使他们直到现在也总在思考着这个问题。物理学家认为这也是由自发对称破缺造成的，但这种对称破缺的机制一直是亚原子物理学的一个谜团。2008年诺贝尔物理学奖得主中的两位日本本土物理学家小林诚和益川敏英在这个方向上迈出了第一步。
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1973年，29岁的小林诚和33岁的益川敏英提出了“小林—益川理论”，解释宇宙演化过程中粒子多于反粒子的原因[47]。他们研究了弱相互作用中CP对称性的破坏，认为粒子和反粒子之间除了电荷符号不同之外，还有一些微小的差异，这个微小差异引起CP自发对称破缺，从而使得正粒子和反粒子衰变反应的速率不同，之后造成正粒子数目大大多于反粒子。根据他们的理论，应该存在6种夸克，这种对称破缺机制才能起作用，而当时只发现了3种夸克，被预言的另外3种夸克分别在1974、1977、1995年被发现。
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此外，在2001年和2004年，美国斯坦福实验室和日本高能加速器分别独立地实现了小林—益川理论所描述的自发对称破缺机制，这些极为引人注目的实验证据让他们获得了2008年的诺贝尔物理学奖。（图6-2-2）
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图6-2-2 2008年诺贝尔物理学奖得主
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值得注意的一点是，当初小林诚和益川敏英的论文，是发表在一个日本的物理专业杂志《理论物理进展》上。虽然当时用的是英语，但好几年都无人问津，幸好后来有人将此文介绍到物理界的主流社会，方才被大多数物理学家引用和知晓，并最后赢得了诺贝尔物理学奖。
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自发对称破缺的概念好像变成了一剂灵丹妙药，什么都用它来解释。除了解释宇宙中正反物质的比例，以及4种相互作用分离的现实之外，对标准模型的发展也有很大贡献。在它的基础上产生了希格斯机制，解决了弱力电力统一的模型。
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不过，自发对称破缺的更深层原因并不清楚，只能算是对观测事实的一种诠释。比如说，用小林诚和益川敏英的理论，只能解释宇宙中正反物质不对称比例的百亿分之一，令人很不满意，寻找世界形成、演化成如今这个模样的更完善的理论，一直是粒子物理学和宇宙学的重要课题。
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 [:1700970790]
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 3．暗物质和暗能量的启示
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科学家们探索统一之路、万物之本，提出了许多假说，建立了多种模型。从古希腊到现代，从原子实心小球到电子云，从粒子动物园到夸克模型，从元素周期表到基本粒子表……物理学家们忙乎了一大阵子后才发现，原来我们所研究、分类的所谓“物质”，只占宇宙中所有物质成分的5％都不到。那么其余的95％是什么呢？是我们看不见、摸不着的“暗货”，科学家们将它们称作“暗物质和暗能量”。（图6-3-1）
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图6-3-1 宇宙中各种物质成分所占的百分比
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