戴榕菁

英國著名物理學家保羅狄拉克在1928年宣告了反物質的存在[1]，之後不久比利時宇宙學家喬治·勒瑪特（Georges Lemaître）又提出了現今被稱為大爆炸（Big Bang）的理論設想[2]。從那以後，物理學界的一個至今仍爭論不休的懸而未決的問題是“為什麼大爆炸產生的正反物質沒有相互銷毀而留下一個我們今天生存於其中的正物質世界？”產生這個問題的原因是：1）根據狄拉克的理論，正反物質相遇後會相互毀滅並產生某種形式的能量（如光子）；2）在大爆炸中物質與反物質應該是成對地產生，因此應該兩兩相互在碰撞中相互毀滅才對。

在給出了各種高深複雜的理論解釋之後，物理學家們認為解決這個問題的最終答案在於需要找出一個新的物理學理論來對之進行解釋[3]。

物理學家們對於宇宙在經歷了最初的大爆炸之後所遺留下來的可以讓他們產生困惑的正物質世界的困惑讓作為身處物理學界之外的觀眾的我產生了一個困惑。我的困惑來自下面這張示意圖：

上圖中的漂亮圖畫取自NASA的宇宙膨脹編年史示意圖[4]，那四條構成尖角的黑線和紅線是我加進去的。我用那四條黑線和紅線表示的光速的限制所構成的時間線。當然，這裡一個顯然的前提是取自NASA的圖所表示的是整個宇宙的膨脹歷史中的一部分，而我的那四條線則對應於宇宙中的某個局部區域。其中那兩條黑線表示宇宙中的某一點處的由光速決定的某部分宇宙塊，而那兩條紅線則表示黑線所代表的由尖點膨脹出的宇宙塊的最邊緣的地區的可觀測宇宙的邊界。與NASA的圖畫不同的是，我的那幾根線是隨手畫出的示意線，它們之間的角度和距離沒有任何實際的比例意義。

我用上面這個示意圖說明的是，在大爆炸初期發生的宇宙的超光速的迅速膨脹過程中，熱力學的漲落有可能導致某些區塊全是正物質，而另一些區塊全是反物質。一旦其中某一塊正物質區塊由於宇宙的高超光速膨脹而落在了與最鄰近的具有同量級的質量的反物質區塊的由光速限制所決定的可觀測範圍之外的，那麼這塊正物質區域就永遠也不可能再有與任何一個具有和它同等量級的反物質區塊發生碰撞的機會了。我們並不需要用數學理論推導或數值模擬來計算這種宇宙塊產生的機會，因為我們所生活的這塊宇宙能夠由正物質組成（或至少是由占絕大多數的正物質組成）這一事實本身就表明這一正物質宇宙塊實實在在地產生了，也就是說我們的這塊宇宙當初在大爆炸後的迅速膨脹中的周邊可觀測宇宙內不存在足以抵消它的同等量級的反物質宇宙塊，因此就有了我們今天這個人類世界，就有了我現在寫的這篇文章。

這不是說我們的這塊正物質宇宙的周圍從未有過反物質，而是說它周圍的反物質要麼是與正物質抵消掉了，要麼就是由於宇宙的超光速迅速膨脹而不再存在於它的邊界點的可觀測宇宙內了。當然，這並不完全排斥我們這個正物質的宇宙內部的某個區域仍然存在着某小塊區域或某些小塊區域具有反物質星球甚至星團的可能性；但是，即便我們的正物質宇宙中仍然有某些小塊反物質星球或星團，它們的質量（體積）與我們所生存於其中的正物質宇宙相比起來一定是微不足道的，否則我們的這個正物質宇宙也就不可能存在至今了。

另外，我這裡所說的我們所生存的正物質宇宙並不一定就只是我們地球目前所處的所謂的可觀測宇宙，它既可以是我們的這個可觀測宇宙，也可以遠大於我們的這個可觀測宇宙。

現在問題來了。在我看來我上面所提供的這個形而上學的分析討論是對於為什麼我們能生活在一個由正物質組成的宇宙中的非常合理而且邏輯上嚴格（即不存在邏輯漏洞）明確且直接了當的解釋，這就讓我產生了一個巨大的困惑：物理學家們自上世紀30年代至今對於他們所謂的正反物質的不對稱問題為什麼放着這麼一個簡單直接的答案不用，而非要去尋找無比深奧的答案以至於到了非要尋找新的理論來解決這個問題的地步呢？

其實，從下面的參考資料【3】所提供的視頻鏈接中可以看到，物理學家們也想到了熱力學過程與當初宇宙的迅速膨脹的組合答案這一選項。我最初還以為他們的相應的組合答案與我想的是一回事兒呢（我在看那個視頻之前很早就有這樣的思路。我好像還在中文網上某個地方談到過這個思路），但後來再稍微一調研，發現完全不是那麼回事兒。他們的類似的解釋叫做Sakharov Criteria，是由前蘇聯的物理學家諾貝爾和平獎得出薩哈羅夫在1967年提出的。其中涉及到熱力學的部分不但無比複雜（與我這裡的討論相比）而且最終也不能給出正反物質不對稱的合理而完整明確的解釋。

我反覆審查了我的上述分析邏輯，實在找不出什麼漏洞來。這就讓我困惑了。。。物理學難道和形而上學真的已經不是一家人了？。。。亞里士多德已被徹底趕出了理學院？。。。。。。

對了，上面的用到“漲落”一詞有些誇張，是為了便於讀者想象和敘述上的方便。。。上面所討論的過程不是什麼統計平衡或熱力學平衡的過程。。。這裡的關鍵是高超光速的膨脹。。。因此，只要有一個有利於上述的正物質宇宙產生的小概率的事件出現，這個宇宙就不可逆轉地向着這個方向發展了。。。所以，上述的“漲落”不具有任何平衡的意義，可以理解為“偶然的團聚現象”。。。。。。

[1] https://theconversation.com/cern-discovery-sheds-light-on-the-great-mystery-of-why-the-universe-has-less-antimatter-than-matter-147226

[2] https://www.amnh.org/learn-teach/curriculum-collections/cosmic-horizons-book/georges-lemaitre-big-bang#:~:text=According%20to%20the%20Big%20Bang,of%20the%20Big%20Bang%20theory.

[3] https://www.youtube.com/watch?v=-2ngmVwXteE

[4] By NASA/WMAP Science Team - Original version: NASA; modified by Cherkash, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11885244