摘要：答案与对立面有关。科学家们发现，宇宙之所以存在，是因为它始于物质和反物质之间的轻微不平衡。物质粒子——即常规物质的原子和分子中的所有电子、质子和中子——与反物质粒子不同，反物质粒子携带相反的电荷，但在许多方面相似。

宇宙之所以存在，是因为物质和反物质不是好朋友。

宇宙网的存在是因为物质和反物质的数量最初并不相等。（MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images）

宇宙存在有科学原因吗？换句话说，为什么有任何东西，而不仅仅是什么都没有，科学是什么？

答案与对立面有关。科学家们发现，宇宙之所以存在，是因为它始于物质和反物质之间的轻微不平衡。物质粒子——即常规物质的原子和分子中的所有电子、质子和中子——与反物质粒子不同，反物质粒子携带相反的电荷，但在许多方面相似。

物质和反物质相处不融洽。当它们的粒子碰撞时，它们会在强烈的伽马射线爆发中相互湮灭。幸运的是，反物质现在极为罕见。尽管反物质在宇宙的形成中发挥了基础作用，但现在反物质如此之少的事实是宇宙学的一大谜团。

反物质是由英国物理学家保罗·狄拉克在近 100 年前预测的，作为他在量子力学方面的开创性工作的一部分，自 1930 年代以来一直通过实验得到证实。如今，科学家可以在大型强子对撞机等粒子对撞机中制造反物质。

但狄拉克预测，物质和反物质的数量应该相等，英国南安普敦大学物理和天文学教授帕斯夸莱·迪巴里 （Pasquale Di Bari） 表示。因此，现在反物质如此之少，而物质如此之多——包括宇宙中所有星系中的所有恒星，尽管一些科学家曾经认为可能存在“反恒星”的“反星系”——这是一个很大的科学问题。

“我们认为宇宙在大爆炸中最初是 50-50 的物质-反物质，但之后很快就被物质主导了，”利物浦大学的粒子物理学家塔拉·希尔斯 （Tara Shears）。“要做到这一点，物质和反物质的行为需要有非常细微的差异或不对称性，才能让一个最终主导另一个。”

但“这种差异不是预测的，没有被理解的，当然也没有解释，”希尔斯继续说道。“了解这种差异是我们想要解决的问题;这就是物质-反物质不对称问题。

根据狄拉克的说法，“物质”和“反物质”这两个术语几乎是任意的。“物质”指的是常规粒子，“反物质”指的是反粒子——但事实可能恰恰相反。如果它们没有大部分被湮灭，反物质粒子可能会形成一个由反原子和反分子组成的宇宙。最后，任何占主导地位的东西都被命名为物质，而它的对立面被命名为反物质。

在这张图中，美国宇航局航天器检测到了地球大气层中雷暴释放的反物质爆发。（图片来源：NASA）

利用粒子对撞机的观测、天文光谱中反物质衰变的痕迹和引力波，物理学家正试图更好地理解为什么宇宙中存在如此巨大的无法解释的差异，从而产生了它所包含的一切。

墨尔本大学理论粒子物理学家雷蒙德·沃尔卡斯 （Raymond Volkas） 补充说，苏联物理学家安德烈·萨哈罗夫 （Andrei Sakharov） 于 1967 年概述了不对称的原因。（萨哈罗夫是苏联制度的批评者，1980年因政治异议被判处“国内流放”，1986年获释，1989年去世。

萨哈罗夫提出，不对称性的存在是因为物质和反物质粒子并不完全相反，而是在某些情况下对某些基本力做出不同的反应——这种现象被称为“C 和 CP 违背”。

沃尔卡斯在一封电子邮件中告诉 Live Science，“违反 C 和 CP”的一般原则是已知的，但具体情况却是未知的。“桌面上有很多可能性！”“挑战在于通过实验区分它们。”

来源：老齐的科学大讲堂