科学探索|宇宙真的是从一片虚无中产生的吗？( 二 ) 宇宙真的是从一片虚无中产生

要想形成现代的恒星和星系，首先需要引力将较小的星系和恒星团拉拢到一起，形成更大的星系，激发新恒星的形成。这就需要该区域借引力之手收集一定的质量；这就需要暗物质提前围拢、形成一个环，防止恒星形成过程中将这些物质反弹出去；这就需要普通物质、暗物质和辐射之间达到一定的平衡，形成宇宙微波背景，需要较轻元素在大爆炸中形成、并且已经达到所需的丰度和分布规律；这就需要宇宙产生初始波动、或者说密度上的瑕疵；而这就需要找到这些瑕疵的形成方式、以及初始暗物质和普通物质的形成方式。
这些都是宇宙大爆炸初期所需的“基本原料” 。除此之外，我们还需要物理法则、时空、以及物质和能量，这些原料都需要以某种方式实现从无到有才行。
所以简而言之，要想回答宇宙能否从无到有的问题，首先要揭开以上这些未解之谜才行。

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超新星爆发残余（左图）和行星状星云（右图）都可以将恒星中经过“焚烧”的重元素回收到星际间介质中、供下一代恒星和行星所用。重元素对生命的形成不可或缺，很难想象假如宇宙中缺少这些重元素、智慧生命要如何形成。
要想弄清宇宙中物质的量为何多于反物质，我们必须回溯到宇宙的最初阶段，也是物理法则充满不确定性的一个阶段。就我们所知，物理法则在物质和反物质之间存在一定意义上的对称关系：我们创造或观察到的每个反应，用等量的反物质也可以实现。虽然在宇宙极其炽热和致密的初始状态下、物质和反物质的量可能同样丰富，但宇宙后来一定通过某种方式、形成了如今物质/反物质不对称的局面。
这一结果有多种解释，不过我们并不确定早期宇宙真正经历的是哪一种。无论是何种情形，都离不开以下三个要素：
1、一系列失衡条件，这在不断膨胀和冷却的宇宙中会自然而然地发生；
2、与重子数量相违背的相互作用；
3、产生足够的C与CP破坏（C指电荷共轭， P指宇称）、以此形成足量的物质/反物质不对称性。
标准模型虽具备上述全部要素，但还不够。如果将刚开始具有物质/反物质对称性的宇宙视为“空无一物” ，那么宇宙一定是从无到有、凭空创造出了后来的各种事物，尽管我们并不明白这究竟是如何发生的。

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如果具备合适的大统一理论特性，数量相等、完全对称的物质和反物质玻色子也可以形成在现今宇宙中观察到的物质/反物质不对称局面。这种解释算不上完美，但我们也不确定真相究竟如何。
产生暗物质也有许多可行的方式。我们从大量测试和搜索工作中了解到，无论暗物质究竟为何物，都不可能含有标准模型中的任何粒子。不管暗物质的真正本质是什么，都涉及到我们目前尚不了解的物理法则。但创造暗物质的方法倒是有很多，比如在炽热的早期宇宙中在热作用下形成，但后来并未彻底湮灭，而是以稳定状态一直保留了下来；或者在宇宙膨胀和冷却的过程中通过物相变化自发形成；或者以新型中微子的形式出现；又或者是一种单纯的引力现象，这种方式可以形成超大质量粒子（比如WIMPzilla ，巨型弱相互作用大质量粒子）。