宇宙14︱如果重元素是氢元素合成的，那最初的氢元素是怎么来的？在说今天的内容之前

在说今天的内容之前，我们先考虑这样一个问题，如果给一坨水不断的加热会怎么样？先被汽化，然后呢？水分子的化学键会被打破，变成氧原子和氢原子，那继续加热呢？
氧原子和氢原子中的电子会因为获得了足够的动能脱离原子核的束缚，变成自由电子，这时就会剩下一个带正电的原子核。

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氢的原子核就是一个质子，而氧的原子核是一个由8个质子和8个中子构成的束缚结构，那么有没有可能把它们也拆解开呢？
有！继续加热，或者说继续提供能量，当提供的能量大于原子核的结合能时，原子核就会被分解为单个质子和中子，当然电离原子核的能量一般是电离原子、分子能量的数百万倍。这是因为束缚原子核的强力要比电磁力大得多。
那么此时一坨水就会因为能量的不断增加，变成自由质子、自由中子和电子组成的等离子体。

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由于万物都是由这三种粒子构成的，所以不管啥东西，只要给他足够的能量，都能将它电离成这三种自由粒子。那么人也一样，你也可以把一个人电离成质子、中子和电子。
好，那么有了以上的知识，我们就把目光放回整个宇宙。上节课我们说了，按照宇宙膨胀的反推，宇宙在过去的时候，物质和辐射的密度会更高，除此之外辐射的波长还会更短，总的来说，辐射能量密度的增加，要比物质能量密度的增加要快。
比如说，当宇宙的体积只有今天的10%的时候，物质的密度会比今天高1000倍，辐射的密度也比今天要高1000倍，但由于辐射的波长又比今天短了10倍，所以总的来说辐射的能量密度会比今天高10000倍。

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可以看出来，越是早期的宇宙，它的体积越小、密度越高、温度越高，辐射能量在其中占主导地位。
所以伽莫夫就想，在早期的宇宙一定有一个时刻，是不能形成中性原子的，因为光子的能量会电离任何中性原子，此时的宇宙就是一个由原子核、电子、辐射粒子构成的等离子体。
同样的，只要温度足够高，达到几十亿摄氏度，那么原子核也不能稳定的存在，它也会被电离为质子和中子。

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如果宇宙的温度继续升高，达到几百亿摄氏度，那么此时的宇宙不仅仅有质子、中子和电子了，两个光子相撞以后就会诞生“粒子和反粒子对” 。所以这时的宇宙中就会出现反质子、反中子和正电子。
由于正反粒子电荷不同，所以两个正反粒子对会相互湮灭掉变成两个光子，两个光子相撞以后又会出现两个正反粒子对，如果宇宙一直处在这种高能量水平的话，那么宇宙就会一直保持正反粒子对不断的创生，然后不断的湮灭。一直重复这种无聊的过程，当然我们看到的世界也就不会诞生了。

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但是我们的宇宙一直在膨胀，一直在冷却，而且早期膨胀的还非常快，所以宇宙冷却得也快，大约1秒以后，宇宙的温度就会下降到100亿摄氏度左右，在这个温度下，两个光子相撞以后就不能诞生正反粒子对了。
但之前产生的正反粒子对依旧可以湮灭成两个光子，按理来说，我们认为正反粒子对的数量应该是对称的，那么正反粒子湮灭以后宇宙中应该不会存在任何物质了，只会留下大量的光子，和少量幸存的质子、反质子、中子、反中子、电子和正电子，当然还有一些正反中微子。
这些粒子能够幸存下来，是因为它们还来不及湮灭，就被膨胀的空间拉到了很远的距离，互相见不着对方了，所以才没有湮灭，但可以肯定的是，幸存的这些粒子，不足以构成任何物质结构，也就是说，按我们现在的理解，宇宙中不应该存在任何恒星、星系、星系团之类的结构，应该是啥也没有。

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但真实的情况很明显，宇宙中不仅有你还有我，而且我们都是正粒子构成的，这说明反粒子当年被湮灭完了，还剩下了大约1/10亿的正粒子，构成了我们今天的物质结构。
这意味着当年正反粒子数量并不对称，这是我们今天所不能理解的，关于这个问题我们后面在说道反物质的时候会详细地说，这里就暂时略过，我们接着说，剩下的正物质后来都发生了啥事。