一三中文网

手机浏览器扫描二维码访问

第12章 基本粒子和自然的力2（第3页）

之所以可能，其原因在于，在大统一能量下，夸克和反电子之间没有本质的不同。

在正常情况下一个质子中的三个夸克没有足够能量转变成反电子，由于不确定性原理意味着质子中夸克的能量不可能严格不变，其中一个夸克会非常偶然地获得足够能量进行这种转变。

这样质子就要衰变。

夸克要得到足够能量的概率是如此之低，至少要等待100万亿亿亿年（1后面跟30个O）才能有1次。

这比宇宙从大爆炸以来的年龄（大约100亿年——1后面跟10个0）要长得多了。

因此，人们会认为不可能在实验上检测到质子自发衰变的可能性。

然而，人们可以观察包含极大数量质子的大量物质，以增加检测衰变的机会。

（譬如，如果观察的对象含有1后面跟31个0个质子，按照最简单的GUT，可以预料在1年内应能看到多于一次的质子衰变）。

人们进行了一系列实验，可惜没有得到任何质子或中子衰变的确实证据。

有一个实验是在俄亥俄的莫尔顿盐矿里进行的（为了避免其他因宇宙射线引起的会和质子衰变相混淆的事件发生），用了8000吨水。

由于在实验中没有观测到自发的质子衰变，因此可以估算出，可能的质子寿命至少应为1000万亿亿亿（1后面跟31个0）年。

这比简单的大统一理论所预言的寿命更长。

然而，一些更精致的大统一理论预言的寿命比这更长，因此需要用更灵敏的手段对甚至更大量的物质进行检验。

尽管观测质子的自发衰变非常困难，但很可能正由于这相反的过程，即质子，或更简单地说，夸克的产生导致了我们的存在。

它们是从宇宙开初的可以想像的最自然的方式——一夸克并不比反夸克更多的状态下产生的。

地球上的物质主要是由质子和中子，进而由夸克构成。

除了少数由物理学家在大型粒子加速器中产生的以外，不存在由反夸克构成的反质子和反中子。

我们从宇宙线中得到的证据表明，我们星系中的所有物质也是这样：除了少数当粒子和反粒子对进行高能碰撞时产生的以外，没有发现反质子和反中子。

如果在我们星系中有很大区域的反物质，则可以预料，在正反物质的边界会观测到大量的辐射。

许多粒子在那里和它们的反粒子相碰撞、相互湮灭并释放出高能辐射。

我们没有直接的证据，表明其他星系中的物质是由质子、中子还是由反质子、反中子构成，但两者必居其一，在单一的宇宙中不能有混合，否则，我们又会观察到大量由湮灭产生的辐射。

因此，我们相信，所有的星系是由夸克而不是反夸克构成；看来，一些星系为物质，而另一些星系为反物质也是难以置信的。

为什么夸克比反夸克多这么多？为何它们的数目不相等？这数目有所不同肯定使我们交了好运，否则，早期宇宙中它们势必已经相互湮灭了，只余下一个充满辐射而几乎没有物质的宇宙。

因此，后来也就不会有人类生命赖以发展的星系、恒星和行星。

庆幸的是，大统一理论可以解释，尽管甚至刚开始时两者数量相等，为何现在宇宙中夸克比反夸克多。

正如我们已经看到的，大统一理论允许夸克变成高能下的反电子。

它们也允许相反的过程，反夸克变成电子，电子和反电子变成反夸克和夸克。

在极早期宇宙有一时期是如此之热，粒子能量高到足以发生这些转变。

但是，它为何使夸克比反夸克多呢？原因在于，物理定律对于粒子和反粒子不是完全相同的。

直到1956年人们都相信，物理定律分别服从三个叫做C、P和T的对称。

C（电荷）对称的意义是，定律对于粒子和反粒子是相同的；P（宇称）对称的意义是，定律对于任何情景和它的镜像（右手方向自旋的粒子的镜像变成了左手方向自旋的粒子）是相同的；T（时间）对称的意义是，如果你颠倒所有粒子和反粒子的运动方向，系统应回到早先的那样；换言之，定律对于前进或后退的时间方向是一样的。