以下文章来源于微信公众号：原理 ，作者Takeko

“想要从头开始做一个苹果派，你必须先创造宇宙。”

在具有里程碑意义的纪录片《宇宙》中，卡尔·萨根穿着他标志性的红色高领毛衣，转头面向镜头，说出了这句话。

人们通常喜欢用更浮夸的术语来表述理解万物的终极起源，比如霍金口中的“上帝之心”，但萨根则选择了一种更“脚踏实地”的表达。

即使像苹果派这样不起眼的东西，也深深植根于这场宇宙大戏之中，想要真正理解它，就要理解宇宙和我们自己在其中的一小部分。

如果我们从一个苹果派开始，把它分解成更基本的成分，并试图弄清楚它们是如何做出来的，我们最终会到达终点吗？

暴胀究竟是如何发生的，或者说暴胀是否真的发生过，目前还不确定，但它是我们宇宙学故事中被普遍接受的一部分。

人们认为，在一段极短的时间内，可能仅仅是万亿分之一的万亿分之一的百亿分之一秒，宇宙就膨胀到了原来的至少10²⁵倍。 

暴胀理论实际上讲述了一件难以置信的事情，那就是，我们在宇宙中看到的所有结构，最终都是量子涨落的结果，这些涨落发生在远小于原子的距离上，并被暴胀撑大到绝对巨大的尺度。

换句话说，可观测宇宙中的无数星系最终是在宇宙时间的第一瞬间，在量子水平上的微小抖动所孕育的。 

所以，当你创造宇宙时，小心不要让暴胀持续太长时间，否则你只会以一片虚空而告终，搞砸整道菜。

暴胀后，你会发现宇宙温度急剧上升。接着，请打开希格斯场，设置在246GeV上下。

如果你想知道为什么是这个数字，非常抱歉，物理学家还没有答案。我们只知道，246GeV恰到好处地赋予了粒子有限但又不是特别大的质量，它创造了一个充满了有趣物质的宇宙，而不是一团无质量粒子，也不是一堆黑洞。

但要获得如此令人满意的理想值，自然法则中需要存在一系列不可思议的巧合。

此外，你可能还需要超对称或者额外维度来让希格斯场保持稳定。至于想选择哪个，全凭你喜欢！

为了制造物质，试着确保希格斯场不均匀地开启，在混合物中形成膨胀的小泡，优先吸收夸克而不是反夸克。同时，使用斯帕莱龙（sphaleron）将反夸克转化为小泡之外的夸克。

首先要说明的是，斯帕莱龙不是粒子，相反，它是更微妙的东西，是几个场作为一个整体共同移动的巴洛克式的混合体。一个斯帕莱龙可以作为一台制造物质的机器，你需要做的就是放入一些反物质，普通的物质粒子就会出现。

这种神奇的能力使斯帕莱龙成了标准模型框架内唯一能够打破粒子和反粒子之间完美平衡的物体，它在我们理解物质起源的过程中发挥着独一无二的重要作用。 

一旦你的希格斯场达到了想要的一致性，你就会发现夸克比反夸克要多。你现在有了一碗夸克和胶子的热汤。

让这碗夸克和胶子热汤继续膨胀，并再冷却几百万分之一秒，直到它开始凝结形成质子和中子。让反物质和物质湮灭，只留下大约百亿分之一的原始物质。

别担心，这对做苹果派来说应该足够了。

再过一会儿，混合物应该已经冷却到10亿度以下，你可以开始制造氢之后的第一种元素。现在你的混合物里大约每7个质子就对应一个中子，还有一堆光子。在逐渐降低的温度下慢炖约10分钟，直到核聚变产生轻核的混合物，大约是每一份氦对应三份氢，再加上少量锂。

让氢氦混合物继续冷却38万年，如果一切正常，你应该会注意到，当电子与氢核和氦核结合形成第一个中性原子时，炽热的混合物开始变得透明。你现在可以让温暖的气体在无人看管的情况下再冷却1亿到2.5亿年。

好吧，除了等待，似乎没什么好做的。

接下来，你可以用坍缩的巨大气体云形成第一批恒星。在它们的核中，首先将氢转化为氦，然后将氦转化为碳。你可能会发现，这第一批恒星足够大，可以继续将所有元素聚变一直形成铁，然后利用超新星将混合物散播出去。 

再过约90亿年，在随后几代恒星、超新星和中子星碰撞中，继续制造大量重元素，直到形成一种从氢一直到铀的混合。

如果你的运气够好，就能从这些混合物中得到一颗完美的岩石球体。确保生成的行星有足够量的氢和氧（最好以水的形式出现）、碳和氮。

接着进行一些生物学的步骤。老实说，我也不确定接下来要做什么。但在45亿年后，如果运气够好，你最终会得到苹果、树、奶牛和小麦，以及其他一些有用的生物。

没错，这些就是你需要的。现在你可以尽情享受美味的苹果派了！

我们能从头开始学做苹果派吗？

量子力学和引力似乎在告诉我们，宇宙开始的那一刻，当引力、空间、时间和自然的量子场都统一在一起时，它本质上或许就是不可知的。

但这并不是令人沮丧的理由，事实上应该截然相反。在理解物质的基本成分及其宇宙起源方面，我们已经走了很长一段路，但还有很长很长的路要走。

故事还没有结束，它仍在被继续书写着。现在，我们可以跟随剑桥大学粒子物理学家哈里·克利夫的脚步，开启一段史诗般的传奇征途。

一路上，我们将与过去和现在的化学家、天文学家、物理学家和宇宙学家不期而遇，探索物质的基本成分，揭示它们背后的历史。我们将直面那些悬而未决的谜团，追寻是否有我们永远无法回答的问题。

我们会跨越各大洲，穿越数个世纪。从原子起源到大爆炸，寻求宇宙的配方。

#创作团队：

文字：Takeko

设计／排版：毛尖尖  雯雯

#参考来源：

文字内容整理自《如何从头开始做一个苹果派：从原子起源到大爆炸，探索我们宇宙的配方》，经出版方授权使用。

#图片来源：

封面 & 首图：@broussaille私制／中信出版·鹦鹉螺，经授权修改使用。

图书详情图由中信出版·鹦鹉螺提供。

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本文经授权转载自微信公众号：原理  作者：Takeko

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编辑：麻溜溜的猪猪