粒子是如何形成的(粒子是怎样)

导语：粒子是如何形成的？（1）

宇宙“大爆炸”学说是目前最完善的理论体系，即便如此也只能当做一种有待证实的推断，并且科学家们还在不断演绎新的理论以更好地与实际观察结果相吻合。虽然我们不能完全确定宇宙是否真的存在这样一个开端，但是我们还是尝试利用这一理论来展现大爆炸之后宇宙的变化过程，因为它是人类所能完成的最接近真相的悬疑推理。

10⁻⁴³秒、10³⁰℃、比原子还小的奇点，这些数据就是宇宙大爆炸的时间、温度和空间。在此之前的一切都毫无意义。这个原子大小的空间包含了今天宇宙中所有的能量。此时，物质和能量相互快速转化，无法形成稳定的结构。γ射线充斥着整个宇宙，构成了能量和物质混合在一起的“原始汤”。当宇宙年龄超过10⁻³⁵秒，宇宙因为膨胀开始逐渐冷却，原来统一的作用力开始分解为强核力和电弱力；再后来，电弱力又再分解为电磁力和弱核力。在10⁻²⁴秒时，宇宙平均温度高达10²¹℃，平均密度高达10⁴⁸克/厘米³。当宇宙年龄超过10⁻¹²秒之后，宇宙温度超过10¹²℃，在这种严酷的环境中，质子和中子也会被“熔化”，变成夸克和胶子组成的等离子体，这种炽热的、气态的物质被称为“夸克汤”（也称“等离子汤”）。随着宇宙不断地膨胀，物质逐渐开始冷却。当温度下降至10¹²℃以下，夸克开始相互结合成“重粒子”（如质子和中子），又称作“强子”。宇宙中极高的温度决定了强子们不断地与同类或其他基本粒子相互撞击，不断地湮灭，不断地转化为射线。那时的宇宙完全被能量掌控，质子、中子、电子以及其它各种各样的次微观粒子都无法聚合成更加复杂的结构。宇宙温度的下降，有利于宇宙中各种粒子的产生；而粒子的产生，因为吸收了更多的能量导致宇宙温度的下降。大爆炸后1毫秒时，原本适合强子生成的高热、高密度的宇宙环境不复存在了。一场新的物质化过程开始了，宇宙中的能量不断地转化为轻质的粒子，即“轻子”（如电子和中微子）。此时，宇宙的温度是10¹⁰℃，平均密度是10¹⁰克/厘米³。1秒钟过去了，宇宙的温度已经下降到了10⁹℃，宇宙仍然极其灼热，轻子在其中忽生忽灭，不断地、迅速地由射线转变而来，同时又不断地湮灭成射线，10亿次的湮灭中才能有一个幸存者。在这种次微观粒子的生产和湮灭过程中，宇宙中充斥着强烈的射线——χ射线、λ射线和刺眼的强光。当温度下降到10⁶℃，质子开始与其它质子和中子产生核反应形成最轻的原子核。如果温度过高，原子核刚一形成就会瓦解；温度过低，核反应根本就不会发生。3分钟过去了，射线、质子和中子之间出现了短暂的平衡，被称为“时间窗口”，这些质子和中子通过核反应聚变为氘核、氦核和锂核。而决定质子、中子以及这些元素的丰度的是宇宙的温度。由于宇宙冷却的速度太快，以至于无法发生更多的聚变。在宇宙诞生后的前几分钟，射线的密度比物质的密度要大得多，宇宙中绝大部分能量都是以射线形式存在的，而非物质形式。当基本粒子试图结合为原子时，便会被强烈的射线击毁。大爆炸发生后的几万年里，射线占据着主宰地位，充斥了宇宙的每个角落。物质和射线共同存在，并且可以相互转化。宇宙中没有形成任何稳定的结构，就像一团迷雾。随着宇宙不断扩张，射线密度下降的速度要远远大于物质密度的下降速度。那片由高能光子组成的火球开始逐渐暗淡、熄灭。从这时起，物质和射线开始分离，相互转化变得越来越松散，粒子的对称性也不复存在了。

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