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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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几十年前，宇宙学家们通过天文观测和理论研究发现，宇宙中除了普通物质之外还存在着一种看不见的物质。科学家们之所以将其称为“暗物质”，就是因为看不见它们。它们不像普通物质那样能够对光波或者电磁波有所反应。我们平时所见的普通物质，无论藏身何处，灯光一照便现出原形。即使是普通的灯光照不见，人类还有紫外线、红外线、X射线、伽马射线和各种频率的无线电波等种种探测手段。但是，现在发现的暗物质似乎对这些“光”都是无动于衷。
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暗物质的说法并非现在才有，最新的观测数据只是再次证实它们的存在。实际上，早在1932年，暗物质就由荷兰天文学家扬·奥尔特提出来了。著名天文学家兹威基在1933年也在他对星系团的研究中，推论出暗物质的存在。
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弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky，1898—1974年）是一直在加州理工学院工作的瑞士天文学家，他对超新星及星系团等方面作出了杰出的贡献。兹威基对搜捕超新星情有独钟，他是个人发现超新星的冠军，进行了长达52年的追寻，总共发现了120颗超新星。兹威基在推算星系团的平均质量时，发现获得的数值远远大于从光度得到的数值，有时相差上百倍。因而，他推断星系团中的绝大部分的物质是看不见的，也就是如今所说的“暗物质”。
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暗物质存在的最有力证据是由一位美国女天文学家观测星系时发现的“星系自转问题”。薇拉·鲁宾（Vera Rubin，1928— ）研究星系自转速度曲线时发现，星系中远处恒星具有的速度要比理论预期值大很多。恒星的速度越大，拉住它所需要的引力就越大，这更大的引力是哪儿来的呢？实际上这份额外的引力就是来自于星系中的暗物质。
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暗物质既然不能被看见，也不带电荷和电磁效应，科学家们又如何知道它们确实存在呢？那是因为它们仍然具有“引力”作用，上述的“星系自转问题”便是由暗物质的引力效应引起的。并且，暗物质的引力作用也符合广义相对论，能造成时空的弯曲。光线透过弯曲的时空而偏转，类似于光线在透镜中的“折射”。根据这个原理，爱因斯坦最先提出了“引力透镜”的设想。可想而知，暗物质是引力透镜最好的实现媒介。较为均匀地散开在星系中的暗物质形成的透镜，肯定要比密集的星体形成的透镜“质量”好得多（图6-3-2）。兹威基还在1937年就指出，有暗物质的星系团可以作为重力透镜。不过，直到1979年，这种效应才获得证实。
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图6-3-2 星系作为引力透镜
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天文学家在研究我们自己所在的银河系时，也发现它的外部区域存在暗物质。银河系的形状像一个大圆盘，其大小约为10万光年。根据引力理论，靠近星系中心的恒星，应该移动得比边缘的星体更快。然而，天文学家们从测量中发现，无论位于内部还是边缘，所有恒星以大约相同的速度绕着星系中心旋转。这表明，银河系的外盘存在大量的暗物质，这些暗物质像一个巨大的“暗环”围绕着银河系，其半径可能是明亮圆盘光环的10倍。
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有的读者可能会说：就算你刚才说的天文观测资料证实了宇宙中除了看得见的星体之外，还有暗物质，你又怎么能够知道暗物质有多少呢？图6-3-1中各种成分的比例是“普朗克”卫星公布的资料，那么“普朗克”卫星是如何得到这些数值的？
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这确实是一个有意思的问题。想想平时是如何得到各种物质材料质量之比的，我们使用的是天平或者“秤”。可是，“普朗克”卫星又不能把天体拿到“秤”上去称，它报告的物质比例从何而来呢？
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在天文学中估算天体质量时，人们利用的是在引力理论基础上建立的各种数学模型，无论是行星、恒星、星系，还是各种天文现象，都有其相应的数学模型。这些模型，便是“称量”宇宙的秤。数学模型中有许多未知的参数，需要由天文观测的数据来决定。“普朗克”卫星主要是通过测量微波背景辐射中的细微部分来获得这些参数，然后研究人员将这些数据送入计算机，解出数学模型，最后得到各种成分的比例。