根據(jù)大爆炸理論：數(shù)十億年前，整個宇宙體積為零，密度為無限大，然后在不到一秒鐘內(nèi)，它的面積突然擴大了數(shù)百倍，于是有了我們現(xiàn)在的宇宙。在初期，宇宙間充滿了能量，其中大部分是以強烈的熱的形式存在的。后來，隨著宇宙的成長和冷卻，部分能量轉(zhuǎn)化為物質(zhì)。

圖解：根據(jù)大爆炸理論，宇宙是由一個極緊密、極熾熱的奇點膨脹到現(xiàn)在的狀態(tài)。

當談論物質(zhì)的組成部分時，首先會想到原子。組成原子的原子核至少含有一個帶正電荷的亞原子粒子，我們稱它為質(zhì)子。原子核也可能包含一個或多個被稱為中子的中性帶電粒子。帶負電荷的電子環(huán)繞著原子核，在能量殼層快速地繞著原子核運動。

圖解：質(zhì)子夸克結(jié)構(gòu)的簡單示意圖，每個單獨夸克的顏色可以隨意設定，但是必須用到三種不同顏色，混合成為白色。

然而，在大爆炸的初期，由于宇宙太稠密太熱了，根本無法形成原子。事實上，在大爆炸的最初時刻，甚至質(zhì)子和中子也無法形成。大爆炸理論學家認為宇宙中充滿了亞原子粒子，如中微子、無質(zhì)量粒子和夸克，這些基本粒子結(jié)合在一起形成更大的粒子，如質(zhì)子或中子。

圖解：氦原子（示意圖） 兩個質(zhì)子（紅色），兩個中子（綠色）和兩個電子（黃色）。

科學家們稱將夸克聚在一起形成更大粒子的力為強核力，它非常強大。在正常情況下，我們根本無法觀察到夸克。那是因為夸克緊密地結(jié)合在一起，我們無法輕易地把它們分開。多年來，夸克存在的唯一證據(jù)來自宇宙運行的數(shù)學模型。這些模型需要夸克等粒子的存在才有意義。

圖解 : 默里·蓋爾曼，攝于2007年的TED大會。蓋爾曼與喬治·茨威格在1964年提出了夸克模型。

今天，科學家們已經(jīng)成功地把質(zhì)子和中子這樣的粒子分解成夸克和膠子——沒有質(zhì)量來調(diào)節(jié)夸克之間的力的粒子。夸克和膠子在衰變前只分離了不到一秒鐘，但這段時間足夠科學家們用強大的儀器觀察它們了。

科學家是如何做到這一點的，他們真的能重現(xiàn)大爆炸嗎?請繼續(xù)往下看。

亞原子粒子研究的世界是矛盾的。科學家們利用世界上最大的一些機器來研究我們所知道的一些最小的粒子。他們使用的設備非常復雜和精確，但他們依賴于一種近乎暴力的方法。這些方法和裝置讓科學家們得以一瞥早期宇宙的樣子。

科學家們觀察構(gòu)成亞原子粒子(如質(zhì)子和中子)的物質(zhì)微粒的方式既優(yōu)雅又原始。他們讓亞原子粒子互相碰撞，然后觀察剩下的碎片。為此，他們必須使用強大的粒子加速器。

粒子加速器將亞原子粒子的光束像質(zhì)子一樣相互射向?qū)Ψ健Ｓ行┘铀倨魇菆A形的，而另一些是線形的。它們可以非常大——圓形加速器直徑可以達到幾英里。當質(zhì)子束通過微小的管道時，加速器利用磁鐵來加速質(zhì)子束。一旦質(zhì)子束達到一定速度，加速器就會引導它們進入碰撞過程。當粒子碰撞時，它們會分裂——比如產(chǎn)生夸克。

這些亞原子粒子在不到一秒的時間內(nèi)衰變。只有使用功能強大的計算機，科學家才有希望探測到夸克的存在。2006年，加州大學河濱分校的一組科學家發(fā)現(xiàn)了一種頂夸克，它是六種夸克中最大的一種。研究小組使用粒子加速器來引起質(zhì)子和反質(zhì)子之間的碰撞。他們在夸克已經(jīng)衰變之后發(fā)現(xiàn)了它的存在。衰變過程留下了一個可識別的電子狀態(tài)。

這是否意味著科學家可以重現(xiàn)宇宙大爆炸?不完全是。相反，科學家希望他們能模擬宇宙最早期的狀態(tài)。這包括創(chuàng)造一個熱的、密集的物質(zhì)和能量區(qū)域。通過研究這些條件，科學家們也許能更多地了解我們的宇宙是如何發(fā)展的。但他們無法重現(xiàn)我們稱之為大爆炸的快速擴張時期。

至少現(xiàn)在還沒有。

夸克的類型

科學家將夸克分為六種不同的類型：

上

下

奇

粲

底

頂

科學家們現(xiàn)在已經(jīng)可以證明，夸克只兩個、三個或五個結(jié)合，不同的組合產(chǎn)生會不同種類的物質(zhì)。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. science- Hope

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