物質是如何產生的？

物質的本質

其實「物質的本質」和「物質如何產生這兩個問題」是可以看成是一個問題。如今關於宇宙起源的主流理論就是宇宙大爆炸。而支持它的證據主要有如下三個：

星系紅移；

氦元素丰度；

宇宙微波背景輻射；

客觀地說，關於宇宙，科學家知道得很多，但正是因為科學家知道得比原來多得多，因此，科學家發現自己不知道得更多。確實，我們不可能也沒有辦法打包票說：宇宙的起源就是這樣，但是目前的大爆炸模型已經和現實擬合得非常完美。因此，我們姑且把宇宙大爆炸看成就是事實。

那麼，其實很多人就會有疑問了，宇宙起源於奇點，奇點有三個特點：

溫度無限高；

密度無限大；

曲率無限大；

然後奇點發生大爆炸，宇宙空間急劇膨脹。

這爆炸過程中，其實一開始，宇宙當中主要是以「純能量」為主，並沒有物質。那後來宇宙中的物質到底是咋來的？

這確實是一個很好的問題。那這個問題到底是咋回事呢？

其實，我們要從物質的本質（本源）出發，關於物質到底是由什麼構成的，從科學萌芽開始就伴隨著整個科學的發展。除了從「形而上」的角度去思考「物質的本質」，學者還找到了一條「尋找構成物質的最小組成單位」的角度去探求「物質的本質」，而科學其實就是沿著這一條路在前進，上個世紀，科學家通過加速器找到了100多種粒子，

後來，到了上世紀50~70年代，楊振寧、溫伯格、希格斯、費曼、蓋爾曼等眾多世界頂級科學家的一起努力下，在狹義相對論和量子力學的基礎上，科學家得到了粒子物理標準模型。在這個模型中，他們把基本粒子分為：費米子和玻色子。

費米子可以理解成構成萬物的基本粒子，也就是說，如果你有一把神砍刀，然後你把物質一直對半砍，砍到最後的結果就是這類基本粒子，再往下砍都砍不動。這些費米子就包括了：6味夸克以及它們的反粒子，電子和電子中微子以及它們的反粒子，μ子和μ子中微子以及它們的反粒子，τ子和τ子中微子以及它們的反粒子。

（這裡補充一下，質子和中子並不是基本粒子，因為它門還可以再分成夸克）

玻色子可以理解成傳遞相互作用的基本粒子，我們都知道自然界中存在四大作用，強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用以及引力。

科學家通過實驗和理論的結合發現，在眾多波色子中，

膠子和介子傳遞強相互作用；

Z玻色子和W玻色子傳遞弱相互作用；

光子傳遞電磁相互作用。

希格斯玻色子賦予各種粒子質量。

至於引力並沒有統一到粒子物理標準模型當中。也就是說，如果我們要問物質的本質是什麼，那按照目前的理論來說，就是費米子和玻色子的集合。

而關於物質是如何產生的，其實本質上，我們可以理解成這些物質粒子是如何產生的。

物質粒子是如何產生的？

我們可以先直接給出答案，這些物質粒子是撞出來的。

宇宙大爆炸初期，溫度超級高，當時確實是「純能量」的環境。在這樣的環境下，有大量的光子。

輻射的兩個量子或者說光子，是有可能會發生碰撞並消失的。它的能量和動量會產生兩個或者多個物質粒子。口說無憑，很多理論還是要靠實驗。事實上，科學家也確實是在高能物理實驗室中間接地觀測到了整個過程。

那為什麼會出現這樣的事情呢？

愛因斯坦的狹義相對論告訴我們，質量里還有能量，能量里還有質量，因此，處於靜止狀態的物質粒子也存在「靜止能量」，我們可以通過質能方程E=mc^2計算得到物質粒子的「靜止能量」。也就是說，能量和質量其實是一回事，它們的對應關係是E=mc^2。

當兩個光子正面對撞時，兩個光子如果要產生質量為m的兩個物質粒子，那就得保證每個光子的能量必須大於或者等於每個物質粒子的「靜止能量」（在這裡就是mc^2）,多餘的部分其實會提高物質粒子的速度。如果光子能量不夠，那就不會發生產生物質粒子。

那到底需要什麼樣條件才能獲得足夠能量的光子呢？

我們可以拿電子來舉例子，電子的「靜止能量」是0.511MeV，也就是說光子至少也要達到這個能量才有可能產生電子。

科學家通過計算就發現，在閾值溫度為60億度時，光子就有很大的可能性獲得這個能量，所以，如果宇宙大爆炸初期能夠達到這個溫度，實際上就能產生電子。

上文也說到了，宇宙起源於奇點的大爆炸，而奇點的溫度就是無限高的，從大爆炸開始，達到60億度並不要什麼難事，因此，在宇宙大爆炸初期物質粒子就已經開始形成了，而主要的方式就是光子對撞。

不僅電子可以通過這樣的方式，實際上，中微子，μ子，介子等也都可以，下面就是不同粒子對應的靜止能量和閾值溫度。

關於「物質的本質」和「物質是怎麼產生的」，我們就說到這裡。

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