宇宙之谜藏在这10个地方（五）

石无鱼

9、地球

它是什么？

围绕一颗G型恒星公转，主要由硅组成的岩石质行星

它在哪里？

在你脚下

涉及的谜团

地球之外还有其他生命吗？

1990年12月8日晚上，一艘飞船在地球上空960千米高处掠过。它一边飞，一边扫描地球表面，试图寻找能显示生命活动的迹象。

这不是外星飞船。这艘名为“伽利略”号的飞船是我们地球人自己的，正被派往木星执行任务。但是在飞往木星之前，美国宇航局根据著名科学家卡尔·萨根的建议，让它先绕地球半圈，进行一场模拟实验，看看如果一颗星球上存在生命，那么在太空中，飞船能探测到哪些能显示生命活动的迹象？果然，“伽利略”号探测到了丰富的水、氧气、甲烷和一种吸收红光的色素。这些综合起来，“强烈暗示”地球上有生命活动。

地球仍然是我们迄今所知宇宙中唯一拥有液态水的地方。我们现在寻找外星生命有一个默认的假设：它们类似地球生命，也需要液态水。但是，考虑到银河系中的行星数量（更不用说整个宇宙了），有水的地方应该不会独此一家。

在太阳系中，首位候选者是火星。几乎可以肯定，火星表面过去有过海洋，可能至今地下都保留有少量的液态水。其次，还有土星和木星的一些冰质卫星，尤其是土卫二和木卫二。虽然它们的表面是冰，但冰下却是液态的海洋。它们还富含矿物质，对于生命的诞生十分有利。

在太阳系外，主要的搜寻目标是那些围绕类似太阳的恒星运转的岩石质行星;或者是黯淡的红矮星系统中，那些位于“适宜居住带”上可能存在液态水的岩石质行星。

但是，液态水真是生命诞生必不可少的条件吗？对于这一点我们并不敢十分肯定。我们只知道，有液态水存在对于生命的出现是十分有利的，但这只是充分条件，是不是必须得如此呢，我们可不知道。因为对于什么是生命的出现和延续所必需的这一问题，依然有待研究。生命的特征无非是能新陈代谢和繁衍后代。像生命的繁衍，以前认为离不开DNA，但现在科学家用别的材料合成出有别于天然DNA的人工DNA（你可以不把它叫DNA，叫别的名字），一样可以完成这项任务，那你还认为生命离不开DNA吗？

所以在寻找外星生命的时候，我们应该放弃“地球中心主义”，扩大搜寻范围。那些环绕棕矮星、白矮星和红巨星运转的系外行星;同时环绕两颗恒星运行的环双星行星;没有大气层的行星;甚至环绕气态巨行星运转的系外卫星;都应该成为我们的光顾对象。

我们自己的太阳系也有这样一些类似的目标。比如土星的卫星泰坦，它上面替代液态水的是碳氢化合物的湖泊，那里也可能成为另类生命的家园。更进一步的目标还包括金星，甚至冥王星的大气。随着我们对土卫二、泰坦和木卫二的探测提上议事日程，以及在系外行星上探测生命的技术的发展，也许我们这颗孤独的有生命的星球很快会找到一些伙伴。

10、宇宙

它是什么？

所有一切

它在哪里？

一切地方

涉及的谜团

为什么宇宙中会有物质存在？

在过去一百年里，我们对微观世界的研究取得了惊人的成就。我们已经建立了一个粒子物理学的标准模型，对粒子及其相互作用做了最好的描述。但是，它有一个尴尬的瑕疵——它不能解释我们的存在！

事实上，更糟糕的是：标准模型反而强调的是我们不应该存在。它说，正反物质是同时在宇宙大爆炸中创造出来的，两者不多不少，应该一样多。但我们知道，这两种东西彼此不好相处，一接触就会相互湮灭，化为一道白光。所以，按理这些个“死亡派对”在宇宙诞生的第一秒内，就应该相互毁灭，最后留下一个除了光，什么物质也没有的宇宙。那样的话，当然就更不会有行星、恒星和生命了。

但既然我们今天能在这里从容地谈着这一切，说明事情并没有“按理”去发生，所以必定有某种原因，让物质赢得了胜利。

一种解释是，反物质只是隐藏了起来：其中的一些正反物质，不知何故，逃脱了“死亡派对”，躲在某些个较为安全的小角落里，随着宇宙的膨胀和冷却，最终反物质跑到了离我们很远的地方。在这种情况下，应该存在仅由反物质组成的恒星和星系，而且这样一个反物质的世界里，反物质跟我们这个世界的正物质一样多。

这解释听起来似乎很“耳顺”，但遗憾的是我们至今尚未发现任何存在反物质世界的蛛丝马迹。

所以，我们必须承认，在早期宇宙中一定存在某种机制，打破了正反物质之间的平衡，使得制造出的物质多于反物质。这样，在大规模的相互湮灭之后，还有一部分物质剩了下来。正是这些剩下的物质，演化成了今天我们所看到的恒星、星系等这些东西。

事实上，在微观世界，某些涉及正反粒子的相互作用中，确实存在打破正反物质平衡的某些机制。比如，在一种叫“CP对称性破缺”过程中，产生的粒子就比反粒子多了那么一点点。但令人失望的是，它只有我们期望的10亿分之一左右，依然无法解释宇宙中的物质-反物质不平衡。

一些人希望在中微子中找到答案。我们对这些难以捕捉的、而形状又会变化的粒子知之甚少。中微子有三种：电子中微子、μ中微子和τ中微子。三种中微子还会相互变换。物理学家在它们玩“变形记”的过程中，已经发现了明显的CP对称性破缺现象。此外，我们还知道它们有微小的质量，而这也违反了标准模型;因为按标准模型预言，它们应该是无质量的。

要想让小小中微子来解释“物质多于反物质”这个大问题，需要假设在中微子家族中存在一种更重的中微子。这样，宇宙中物质多于反物质就可以这样解释：这种更重的中微子在宇宙早期衰变为较轻的中微子时，因CP对称性破缺，使得它们更多地选择成为物质，而非反物质。这样就打破物质和反物质的平衡，才有了我们现在的物质世界。

但中微子本来就是一种难以捕捉的粒子，要找到一种新的中微子，那更是难上加难。（连载完）

拓展阅读

CP对称性破缺

CP对称性破缺也叫CP不守恒。其中，P叫宇称，C叫电荷。CP对称事实上涉及两个对称，即宇称对称（P对称）和电荷对称（C对称）。

宇称对称其实就是左右对称。设想你摆好一套实验装置，准备测量一个原子核的衰变。在这套装置边上摆一面大镜子，你会发现，在镜像世界里，左右都颠倒过来了。此外颠倒的还包括粒子的自旋方向，顺时针变逆时针，或者反过来。

假设这个原子核衰变时，朝顺着自旋方向和逆著自旋方向发射电子，但比例是不一样的：随便举个例子，比如说顺着自旋方向发射出去的电子占60%，逆着自旋方向发射出去的电子占40%。

宇称守恒就是说，假如有一个科学家在镜像世界里做这个实验——你或许会好奇地问：科学家怎么到镜像世界去做实验呢？其实，他们不必跑到镜子里去，只要把实验装置都按镜像所显示的那样去安排就是了——实验结果应该跟真实世界中做这个实验没什么不同。也就是说，发射的电子也还是顺着自旋方向占60%，逆着自旋方向占40%。这个想法似乎再自然不过了，是不是？但很遗憾，自然界并不遵循你这个想法。做同样一个实验，在真实世界和镜像世界中得到的结果不尽相同。比如在镜像世界，发射的电子顺着自旋方向占70%，逆着自旋方向占30%。这就是宇称不守恒。李政道和杨振宁就是因为提出宇称不守恒而获得诺贝尔奖的。

后来有人提出，那我们在此基础上，把涉及实验的所有粒子也都“反”一下，换成它的反粒子，情况如何？这就相当于在左右颠倒的镜像世界里，再把正反粒子也颠倒过来。也就相当于在镜像世界，去测量这个原子核的反粒子发射出的电子的反粒子（正电子）在两个方向上的比例。

如果与真实世界结果相同，那就是CP守恒;如果结果不一样，那就是CP不守恒，或者CP对称性破缺。

大多数情况下，两者结果一样，说明CP守恒;但物理学家也发现，在少数一些情况下，两者结果不一致，这说明CP对称性破缺了。