先說一個基本的概念問題，標題中的第一段話是我們容易產生的誤解。宇宙并有沒所謂的物質/質量守恒，這已經是一個過時的概念！這個說法只是在當時科學認知還不是很清楚的時候提出的，主要是當時認為一些化學反應前后的反應物和生成物的質量相等，在愛因斯坦提出質能方程以后，我們才知道質量其實是能量的一種表現形式而已。化學反應中釋放的能量，會造成極小的質量損失，當時無法測出，才會認為物質守恒。

這樣說來，宇宙的基本守恒定律其實是能量守恒。因此這就為物質的創傷和毀滅創造了條件。要想知道宇宙的物質是咋來的？我們必須回到宇宙的早期看到到底發生了什么？

一個膨脹的宇宙勢必會帶來熱大爆炸

在我們的生活中，我們每時每刻都會和各種物質接觸，而我們也屬于物質的一部分。縱觀整個宇宙，其中充滿了行星、恒星、星系乃至星系團，甚至是我們提出還未明確發現的暗物質，我們不僅會想：宇宙為何有物質，而不是什么都沒有？

1923年哈勃的出色工作為人類揭示了宇宙的范圍不僅僅是我們自己的銀河系，因為他發現了仙女座星云遠在幾百萬光年之外，并且更是驚人的發現宇宙在膨脹，因為他發現來在遙遠星系得光發生了紅移。這就為我們思考宇宙起源提供了一個絕佳的思路。

你看，隨著時間的推移宇宙在膨脹，那我們反過來想，如果追溯遙遠的過去，宇宙的體積是不是更小，我們還知道輻射的波長會隨著宇宙的膨脹而被拉長并損失能量、物質粒子會隨著宇宙的膨脹而被稀釋、熱粒子會隨著宇宙的膨脹降低動能變成冷粒子，這就說明在遙遠的過去，宇宙的溫度更高、密度更大！

這也說明在一定的時期，宇宙中我們現存的中性原子并不會存在，而是由原子核、電子、輻射組成的高溫濃湯，因為這時的溫度可以高到電離任何中性原子。而原子核和電子想要結合在一起，就會被一個高能光子炸開。

如果溫度再高呢？相信你也能猜出來，溫度再高甚至連原子核都無法形成。這一點跟中性原子的情況一樣。此時的宇宙是由質子、中子、電子和任何可能存在的高能粒子組成。而這些粒子就組成了我們現在看到的物質宇宙。但是這些物質粒子怎么來的？

正反物質不對稱問題

如果我們回到宇宙的早期，能量會高到讓兩個相撞的光子自發的產生物質/反物質對。按理來說，能量自發產生的正反物質對是完全對稱的。也就是說，產生一個正粒子就會相應產生一個反粒子，然后正反粒子瞬間湮滅，又將能量歸還給宇宙。但是我們的宇宙貌似更加偏愛于物質，產生了比反物質多了十億分之一的物質粒子。這就是所謂的正反物質不對稱問題。

盡管我們現在還不清楚宇宙是怎么獲得物質與反物質之間的不對稱，但關于這個不對稱的事實，我們還是提出了一些解決的方案。就觀測而言，我們可以肯定的有以下這些事實：

• 當前的宇宙中，物質確實多于反物質。
• 目前已經發現的所有恒星、星系和星系團，都由物質組成，而沒有反物質。
• 通過在地球上的實驗室中對宇宙中的情況進行模擬，在所能達到的能量范圍之內，我們尚未在任何反應中觀察到重子（如質子和中子）多于反重子（如反質子和反中子），或輕子（如電子和中微子）多于反輕子（如正電子和反中微子）的情況。
• 在目前最佳的測量技術下，我們測得宇宙中的光子數是重子數（以及輕子數）的

16億倍。

雖然重子的數量與光子相比看起來少得可憐，但請別忘了宇宙有多么巨大。假如要把宇宙中的所有原子都擺勻，讓宇宙的密度各處一致，那么結果就是每4立方米的空間之內會有1個氫原子。作為對比，自大爆炸時遺留下來的光子僅在每1立方厘米的空間內就要有411個。二者盡管數量懸殊，但就整個宇宙而言，其數量都多得令人驚嘆，而且十分重要。

那么，物質多于反物質的情況是如何出現的呢？

如果宇宙開始于某個物質和反物質總量相等的高能量狀態，后來演化至物質比反物質多一點的低能量狀態，那么宇宙一定是在膨脹并冷卻的過程中發生了某些事情。蘇聯物理學家薩哈羅夫（Andrei Sakharov）經過研究，在1967年率先指出，只需發生三件事情就可以讓上述過程成真，也就是讓物質對于反物質。這三件事也是宇宙必須具有的三種屬性，如今被稱為“薩哈羅夫條件”：

• 宇宙必須偏離熱平衡態。
• 宇宙的三種基本對稱性中的兩種必須被破壞，即電荷共扼（C-對稱性）、電荷共軛宇稱（CP-對稱性）。
• 必須有某種相互作用去破壞重子數的守恒。

這三件事必須同時發生，否則如今宇宙中的物質和反物質的數量仍然不會不對等。最容易滿足的是第一個條件：不斷膨脹的宇宙，本身就是一個絕好的非熱平衡系統！

到目前為止我們已經發現了三類能夠表現出C-對稱破缺和CP-對稱破缺的粒子，它們都是中性介質（夸克/反夸克對），包括奇夸克、底夸克以及粲夸克。由于這些粒子在膨脹并冷卻的、非熱平衡的早期宇宙中存在并發生了不對稱的衰表，所以我們的宇宙符合前兩種條件。

那么，第三個條件呢？記住，當我們說“重子數”時，意思是用重子（例如質子、中子等）的總數減去反重子（例如反質子、反中子）的總數，每個質子的重子數算作1（每

個反質子的重子數則算為-1）。為了產生出物質與反物質的不對稱性，需要一種使重子數破缺的反應。并且，因為宇宙看上去擁有與質子數量相同的電子，應該也有與之相應的使輕子數破缺的反應，所以電子是為了每顆質子的產生而產生的。在所有已知的粒子和它們之間的反應中，我們通過實驗室里的工作，還沒能使這些粒子不依靠外部力量而破缺其重子數和輕子數，同時也不知道實現這一目標所需的條件。

但根據關于基本粒子及其相互作用的“標準模型”，只要重子數（B）與輕子數（L）的差是守恒的（B-L=0）是守恒的，重子數守恒和輕子數守恒都應該有可能被打破。薩哈羅夫的第三個條件，可以說是我們研究物質與反物質的不對稱性時最大的不確定性的來源，也是三個條件中目前唯一有待實驗驗證的。

以上就是宇宙中物質的來源，也是一個現今物理學的未解之謎。但你只需要記住，宇宙只有能量守恒，能量可以通過愛因斯坦的質能方程可以自發的產生物質和反物質，但宇宙在膨脹冷卻的途中，放了一了一些我們目前不明確的破壞重子數/輕子數守恒的反應，而導致了正反物質的不對成，讓宇宙的能量以小部分物質的形式保留了下來，產生了現在我們看到的物質宇宙、產生了你和我。