第8部分(第2/4 頁)

31個0個質子，按照最簡單的GUT，可以預料在一年內應能看到多於一次的質子衰變。）

人們進行了一系列的實驗，可惜沒有一個得到質子或中子衰變的確實證據。有一個實驗是用了8千噸水在俄亥俄的莫爾頓鹽礦裡進行的（為了避免其他因宇宙射線引起的會和質子衰變相混淆的事件發生）。由於在實驗中沒有觀測到自發的質子衰變，因此可以估算出，可能的質子壽命至少應為1千萬億億億年（1後面跟31個0）。這比簡單的大統一理論所預言的壽命更長。然而，一些更精緻更復雜的大統一理論預言的壽命比這更長，因此需要用更靈敏的手段對甚至更大量的物質進行檢驗。

儘管觀測質子的自發衰變非常困難，但很可能正由於這相反的過程，即質子或更簡單地說夸克的產生導致了我們的存在。它們是從宇宙開初的可以想像的最自然的方式——夸克並不比反夸克更多的狀態下產生的。地球上的物質主要是由質子和中子，從而由夸克所構成。除了由少數物理學家在大型粒子加速器中產生的之外，不存在由反夸克構成的反質子和反中子。從宇宙線中得到的證據表明，我們星系中的所有物質也是這樣：除了少量當粒子和反粒子對進行高能碰撞時產生出來的以外，沒有發現反質子和反中子。如果在我們星系中有很大區域的反物質，則可以預料，在正反物質的邊界會觀測到大量的輻射，該處許多粒子和它們的反粒子相碰撞、互相湮滅並釋放出高能輻射。

我們沒有直接的證據表明其他星系中的物質是由質子、中子還是由反質子、反中子構成，但二者只居其一，否則我們又會觀察到大量由涅滅產生的輻射。因此，我們相信，所有的星系是由夸克而不是反夸克構成；看來，一些星系為物質而另一些星系為反物質也是不太可能的。

為什麼夸克比反夸克多這麼多？為何它們的數目不相等？這數目有所不同肯定使我們交了好運，否則，早期宇宙中它們勢必已經相互湮滅了，只餘下一個充滿輻射而幾乎沒有物質的宇宙。因此，後來也就不會有人類生命賴以發展的星系、恆星和行星。慶幸的是，大統一理論可以提供一個解釋，儘管甚至剛開始時兩者數量相等，為何現在宇宙中夸克比反夸克多。正如我們已經看到的，大統一理論允許夸克變成高能下的反電子。它們也允許相反的過程，反夸克變成電子，電子和反電子變成反夸克和夸克。早期宇宙有一時期是如此之熱，使得粒子能量高到足以使這些轉變發生。但是，為何導致夸克比反夸克多呢？原因在於，對於粒子和反粒子物理定律不是完全相同的。

直到1956年人們都相信，物理定律分別服從三個叫做C、P和T的對稱。C（電荷）對稱的意義是，對於粒子和反粒子定律是相同的；P（宇稱）對稱是指，對於任何情景和它的映象（右手方向自旋的粒子的映象變成了左手方向自旋的粒子）定律不變；T（時間）對稱是指，如果我們顛倒粒子和反粒子的運動方向，系統應回到原先的那樣；換言之，對於前進或後退的時間方向定律是一樣的。

1956年，兩位美國物理學家李政道和楊振寧提出弱作用實際上不服從P對稱。換言之，弱力使得宇宙的映象以不同的方式發展。同一年，他們的一位同事吳健雄證明了他們的預言是正確的。她將放射性元素的核在磁場中排列，使它們的自旋方向一致，然後演示表明，電子在一個方向比另一方向發射出得更多。次年，李和楊為此獲得諾貝爾獎。人們還發現弱作用不服從C對稱，即是說，它使得由反粒子構成的宇宙的行為和我們的宇宙不同。儘管如此，看來弱力確實服從CP聯合對稱。也就是說，如果每個粒子都用其反粒子來取代，則由此構成的宇宙的映象和原來的宇宙以同樣的方式發展！但在1964年，還是兩個美國人——J·W·克羅寧和瓦爾·費茲——發現，在稱為K介子的衰變中，甚至連CP對稱也不服從。1980年，克羅寧和費茲為此而獲得諾貝爾獎。（很多獎是因為顯示宇宙不像我們所想像的那麼簡單而被授予的！）

有一個數學定理說，任何服從量子力學和相對論的理論必須服從CPT聯合對稱。換言之，如果同時用反粒子來置換粒子，取映象和時間反演，則宇宙的行為必須是一樣的。克羅寧和費茲指出，如果僅僅用反粒子來取代粒子，並且採用映象，但不反演時間方向，則宇宙的行為於保持不變。所以，物理學定律在時間方向顛倒的情況下必須改變——它們不服從T對稱。

早期宇宙肯定是不服從T對稱的：當時間往前走時，宇宙膨脹；如果它往後退，則宇宙收縮。而且，由於存在著不服從T對