六、重子数起源与科学的整体化趋势

重子数起源是粒子物理和宇宙学中的前沿课题。经物理学家和宇宙学家的协同努力，目前已提出了较为合理的重子数起源方案。人们首先希望通过质子衰变的实验探索来取得突破。从 1984 年几个质子衰变研究组的实验结果中，人们已看到“混沌初开”的端倪。虽然尚未解决的问题还很多， 道路还很曲折，但步伐正在加快，这是无疑的。人们看到，在这一课题的研究、探索过程中，学科间的相互渗透作用是多么重要，重子数起源的探索充分运用了粒子物理和宇宙学这两个学科的成果、方法和手段，这就是基础理论之间的相互融合，研究方法的相互移植和研究手段的相互配合， 这些都是科学正在走向整体化的生动体现。

物质运动形式既是多样的又是统一的。各门学科之间也是既有区别又有联系、相互过渡和相互转化的。当不同学科对客观现象的研究越是深入、细致时，就越是感觉到各个事物和各种现象之间的相互联系越是密切。粒子与宇宙是物质世界的两个极端，在粒子物理与宇宙学这两个似乎迥然不同的领域中却存在着汇合点，它就是早期的宇宙。在那时候，宇宙介质是由大量高能粒子构成的超高温气体，因而高能粒子的规律成了支配宇宙整体行为的基础。就在这个汇合点上，粒子物理的大统一模型与宇宙学的大爆炸模型相互融合了，从而产生了重子数起源的新方案，它不仅帮助人们了解宇宙的演化，而且也能帮助人们判断粒子物理理论中哪些要素是合理的。

在粒子物理中，对称性方法是一种十分重要的研究方法。人们可以根据对称性来判断一个过程能否发生。也可以在不了解某种相互作用的具体形式时，根据一般的对称性原理来唯象地使粒子之间发生一定的联系，从而便于对它们进行系统的研究。对称性还决定了粒子的寿命。因为粒子的衰变是由相互作用引起的，相互作用越强，粒子衰变得越快，则寿命就越短。正是对称性方法在粒子物理中起着重要的作用，狄拉克把它誉为“理论物理学新方法的精华”，而海森堡则盛赞对称性反映了当代“自然科学时代的精神”。人们把对称法移植于宇宙学，其侧重点则在于研究事物的不对称性。即从自然界中物质多于反物质这一观测事实出发，研究如何从重子-反重子对称的宇宙演化成现今重子数不对称的宇宙。从而提出自然界应该存在着重子数不守恒和 CP 对称性破坏的过程，这种新思想的提出，不仅促使人们重新审查粒子物理中某些守恒定律的适用范围和对称性破坏的机制，进一步推动物理学的发展，而且在思想方法上提醒人们注意：既要重视对称法的普遍性和有效性，也要注意它的相对性和局限性，不应把对

称性绝对化，而应加以辩证地运用。

学科间的相互渗透和结合，也带来研究手段的变化。大型加速器一向是粒子物理学家的基本工具。而宇宙学家的基本工具历来是大型望远镜。如今，粒子物理学家则对大爆炸遗留的奇异粒子大块物质的搜寻、氦及氘的宇宙丰度、星系的分布、微波背景的结构以及探测太阳中微子等实验十分关注。宇宙学家却对高山宇宙线的观测、加速器和反应堆上的实验、分数电荷的探测、磁单极的搜寻等发生兴趣。对深地下矿井中的质子衰变的实验，更是他们共同关切的目标。总之，粒子物理的探测范围由实验室扩展到深空，深入到地下；宇宙学则由深空进入实验室并深入地下，两门学科的研究手段紧密配合，正朝着共同的目标挺进。

（吴为平）