萨哈罗夫条件

如果早期宇宙一开始在物质与反物质之间完全平衡，那要怎样才能演变成我们所处的这个偏斜、由物质主导的宇宙？1967 年苏联物理学家安德烈·萨哈罗夫（Andrei Sakharov）用一个优美而简单的配方回答了这个问题：任何过程要想从对称的起点产生出物质过剩，都必须满足三个条件。它们就像烤一个蛋糕的最低限度原料——少了任何一样，你都烤不出那种不平衡。

这三个条件如下。第一，重子数不能被完美守恒——必须存在某种能改变物质粒子净数目的过程，否则总数永远无法偏离零。第二，C 对称性和组合的 CP 对称性都必须被破坏——若没有 CP 破坏，每一个制造物质的过程都会被一个等量的制造反物质的过程精确抵消，账目就会一直持平。第三，宇宙必须经历一段偏离热平衡的时期——在完美的平衡中，任何积累过剩的反应都会等量地反向进行而把它抹掉，所以只有当条件变化得足够快时（比如在宇宙膨胀或一次相变期间），这种不平衡才能存活。三者合在一起，才能让一个对称的宇宙漂移到由物质主导的宇宙。

萨哈罗夫条件是任何“物质为何存在”理论的总清单。它们准确地告诉我们新物理必须提供什么。值得注意的是，标准模型原则上含有全部三样原料——重子数能通过一种微妙的量子效应改变，CP 通过 CKM 相位被破坏，早期宇宙也在膨胀——但在数量上每一样都远远不够。正是这个差距，促使物理学家去追求轻子生成以及新的 CP 破坏来源等设想。一个诚实的提醒是：满足这些条件是必要的，却不是充分的：满足它们本身并不保证产生正确大小的不对称，而真正的难处恰恰在此。