四、粒子的時代（1）

宇宙“大爆炸”學說是目前最完善的理論體系，即便如此也只能當做一種有待證實的推斷，並且科學家們還在不斷演繹新的理論以更好地與實際觀察結果相吻合。雖然我們不能完全確定宇宙是否真的存在這樣一個開端，但是我們還是嘗試利用這一理論來展現大爆炸之後宇宙的變化過程，因為它是人類所能完成的最接近真相的懸疑推理。

10⁻⁴³秒、10³⁰℃、比原子還小的奇點，這些資料就是宇宙大爆炸的時間、溫度和空間。在此之前的一切都毫無意義。這個原子大小的空間包含了今天宇宙中所有的能量。此時，物質和能量相互快速轉化，無法形成穩定的結構。γ射線充斥著整個宇宙，構成了能量和物質混合在一起的“原始湯”。當宇宙年齡超過10⁻³⁵秒，宇宙因為膨脹開始逐漸冷卻，原來統一的作用力開始分解為強核力和電弱力；再後來，電弱力又再分解為電磁力和弱核力。在10⁻²⁴秒時，宇宙平均溫度高達10²¹℃，平均密度高達10⁴⁸克/釐米³。當宇宙年齡超過10⁻¹²秒之後，宇宙溫度超過10¹²℃，在這種嚴酷的環境中，質子和中子也會被“熔化”，變成夸克和膠子組成的等離子體，這種熾熱的、氣態的物質被稱為“夸克湯”（也稱“等離子湯”）。隨著宇宙不斷地膨脹，物質逐漸開始冷卻。當溫度下降至10¹²℃以下，夸克開始相互結合成“重粒子”（如質子和中子），又稱作“強子”。宇宙中極高的溫度決定了強子們不斷地與同類或其他基本粒子相互撞擊，不斷地湮滅，不斷地轉化為射線。那時的宇宙完全被能量掌控，質子、中子、電子以及其它各種各樣的次微觀粒子都無法聚合成更加複雜的結構。宇宙溫度的下降，有利於宇宙中各種粒子的產生；而粒子的產生，因為吸收了更多的能量導致宇宙溫度的下降。大爆炸後1毫秒時，原本適合強子生成的高熱、高密度的宇宙環境不復存在了。一場新的物質化過程開始了，宇宙中的能量不斷地轉化為輕質的粒子，即“輕子”（如電子和中微子）。此時，宇宙的溫度是10¹⁰℃，平均密度是10¹⁰克/釐米³。1秒鐘過去了，宇宙的溫度已經下降到了10⁹℃，宇宙仍然極其灼熱，輕子在其中忽生忽滅，不斷地、迅速地由射線轉變而來，同時又不斷地湮滅成射線，10億次的湮滅中才能有一個倖存者。在這種次微觀粒子的生產和湮滅過程中，宇宙中充斥著強烈的射線——χ射線、λ射線和刺眼的強光。當溫度下降到10⁶℃，質子開始與其它質子和中子產生核反應形成最輕的原子核。如果溫度過高，原子核剛一形成就會瓦解；溫度過低，核反應根本就不會發生。3分鐘過去了，射線、質子和中子之間出現了短暫的平衡，被稱為“時間視窗”，這些質子和中子透過核反應鉅變為氘核、氦核和鋰核。而決定質子、中子以及這些元素的丰度的是宇宙的溫度。由於宇宙冷卻的速度太快，以至於無法發生更多的聚變。在宇宙誕生後的前幾分鐘，射線的密度比物質的密度要大得多，宇宙中絕大部分能量都是以射線形式存在的，而非物質形式。當基本粒子試圖結合為原子時，便會被強烈的射線擊毀。大爆炸發生後的幾萬年裡，射線佔據著主宰地位，充斥了宇宙的每個角落。物質和射線共同存在，並且可以相互轉化。宇宙中沒有形成任何穩定的結構，就像一團迷霧。隨著宇宙不斷擴張，射線密度下降的速度要遠遠大於物質密度的下降速度。那片由高能光子組成的火球開始逐漸暗淡、熄滅。從這時起，物質和射線開始分離，相互轉化變得越來越鬆散，粒子的對稱性也不復存在了。