
本回書的故事就從電弱兩兄弟開始分家單過后的一瞬間講起,宇宙已經結束了暴脹期,無中生有地一口吃成了個大胖子,從白來的真空里獲得了一大堆的白來的能量。這些能量一部分隨著宇宙的膨脹和冷卻轉化成最基本的粒子,一部分把宇宙維持在足夠高的溫度上。大爆炸之后的千萬分之一秒,這時候的宇宙還被輻射所主宰,在明亮的輻射照耀下,是一片沸騰的夸克的海洋。
這就是宇宙的“夸克期”。
要展示這段時間的宇宙舞臺,不得不首先隆重介紹一下夸克這位主要演員。它是物質的基本單位,也是全宇宙唯一能夠參加所有四種基本相互作用——引力相互作用、強相互作用、弱相互作用和電磁相互作用的基本粒子??淇藥У碾姾蓴岛芄殴?,有的帶1/3個負電荷,有的帶2/3個正電荷,必須互相搭配才能湊出整數的電荷數來。這就像是俄羅斯方塊游戲里掉落的各種拼圖,每一個單獨看起來都相當不規整,要好幾個不同形狀拼到一起才能組成一整個方塊。

夸克有6種不同的“味”,相當于6種不同形狀的拼圖,其中上夸克和下夸克是一對兒,頂夸克和底夸克是一對兒,粲夸克和奇異夸克是一對兒,每一對都是一個-1/3電荷搭配一個+2/3電荷的組合,這是夸克家族的三個世代;每種“味”又分紅綠藍3種“色”,相當于每個不同形狀的拼圖都有3種不同顏色。所以算起來總共有三六一十八種不同的夸克,每種夸克對應一種反夸克,這就是浩浩蕩蕩三世同堂總共36種夸克??淇撕涂淇酥g通過膠子來相互作用,待會兒宇宙溫度再下一個臺階的時候,膠子就會把夸克們黏在一起。不過現在所有的夸克和膠子還都自由自在,互不干涉。它們挨挨擠擠、摩肩接踵,和另一大類粒子——非常輕的“輕子”一起,擠滿了這段時間的宇宙。輕子是弱相互作用粒子,它將在未來較冷的宇宙中充當主角,我們一會兒再仔細介紹。
夸克期的時間非常短,但是宇宙在這時候可是忙得不可開交。舞臺上現在熱鬧極了:夸克、膠子和輕子都是最簡單的基本粒子,它們不斷地從充滿輻射的虛空中成對誕生,又立刻成對湮滅,達到完美的熱平衡。但是宇宙可不會滿足于這種單純的熱鬧和簡單,當它的年齡達到1 微秒時,又毅然決然地在溫度的臺階上朝下邁出一步,蹦到了1013開爾文這一級上。這一步邁出,就斷送了夸克期的自由和熱鬧。有分教:
六味三色分正反,虛空生滅起重樓;
難逃束縛因強力,夸克從此不自由。

在“宇宙通俗演義”專欄第一回內文以及插圖說明中,所有溫度單位為攝氏度(℃),現更正為國際溫標開爾文度(K)。國際溫標的0 度(K)即絕對零度,相當于攝氏溫度-273℃。在溫度數量級巨大時,兩者實際數值相差不大。
在溫度下降的同時,粒子運動速度變慢,這回強相互作用可發揮作用啦,它利用膠子作為媒介,一把抓住了夸克,把它們三個一群兩個一伙地黏了起來。這次的抓捕是一勞永逸的,夸克從此被判了無期徒刑,再也沒能單獨跑出來。
宇宙現在改變了審美品位,它再也不喜歡1/3這種電荷數目了,不湊出整數的電荷不許出來混。于是膠子們精心搭配,把夸克們的電荷數拼湊成1、0或者-1。由夸克組成的粒子都參加強相互作用,它們被統稱為“強子”,宇宙從第一個微秒開始進入了強子期。
強子分為兩大類,一類由三個夸克組成,分量可想而知是很重的,所以叫“重子”;另一類由一個夸克和一個不同味的反夸克(同味的碰到一起馬上就會湮滅掉)組成,比重子輕,可是又比輕子重,介于兩者之間,所以叫“介子”。介子是傳遞相互作用的粒子,重子是組成物質的粒子。重子家族有兩位代表我們很熟悉,那就是質子和中子。
質子和中子是組成原子核的主要成分,它們是重子家族里最輕的兩位,也是最多、最穩定的兩類。質量越大越短命是大多數粒子的共同宿命,除了質子和中子之外的其他重子都非常短命,不用管它?,F在的宇宙舞臺被強子和反強子霸占了,光子、輕子和反輕子也在舞臺上晃悠,形成稠密的混合物?;镜膽虼a倒是沒什么變化,還是粒子的產生和湮滅。
但在強子期的舞臺上,發生了一段對我們來說至關重要的劇情:宇宙這一次拋棄了正反粒子的對稱,它玩了一個小小的把戲,讓粒子的數量稍稍超過了反粒子的數量。
在強子期結束的時候(宇宙誕生后約100微秒左右),大約每十億對正反粒子中會多出一個粒子。這個落單的粒子被保留下來,其余的十億對正反粒子互相湮滅消失。沒有人知道宇宙是怎么做到這一點的,不過正是多出來的這十億分之一的物質,構成了我們現在這個物質宇宙。要是宇宙沒能在強子期作弊成功,如今的宇宙恐怕就只能是一片荒蕪靜默,空蕩蕩沒什么東西了。
至于強子期結束之后,宇宙又變成了啥樣,咱們下次再細說。