宇宙中的物质为什么能无中生有？

哈勃空间望远镜曾经在1995年、1998年和2003年分别对着天空中不同位置、看起来空无一物的区域连续曝光十几天甚至数十天，最后得到了HDF、HDFS和HUDF三张照片，发现即使在远达133.5亿光年外的宇宙，仍然有难以计数的星系，这使得我们不由得思考一个问题，如此多的物质是从哪里来的，真的是无中生有？

哈勃常数和宇宙膨胀

布鲁诺直觉告诉他宇宙是无限的，但他还没找到理由与证据之前，就因宣传哥白尼的日心说被教廷烧死在罗马鲜花广场。牛顿发现了万有引力是制约宇宙天体之后，认为宇宙是无限的！因为无限的宇宙在任意点上受到其它方向上引力的牵制而相互抵消，得以停留在原地，尽管牛顿的理由是错误的，但结果却歪打正着。

1826年德国天文学家奥伯斯认为，如果宇宙有限且是永久存在的，那么无数多的星光到达地球会让夜空会亮如白昼。因此奥伯斯认为宇宙必定有一个时间开端。

奥伯斯佯谬

1922年苏联宇宙学家弗里德曼通过假设宇宙物质的均匀性，通过广义相对论推导宇宙模型是膨胀的，1928年勒梅特得到了同样的结果。

1929年哈勃通过十多年的观测发现遥远的星系正在快速离去，并且哈勃已经测算出了这些星系离去的速度大约为550千米/秒·百万秒差距（现代天文测定速度为67.15千米/秒·百万秒差距）。尽管哈勃以当时的技术测量有些误差，但并不影响宇宙正在膨胀这个结论的正确性。但哈勃拒绝就此事做过多的联想。

二战后勒梅特提出了宇宙大爆炸论，而乔治·伽莫夫（计算出伽莫夫因子的那个大神）根据这个大爆炸理论提出了太初合成理论，而拉尔夫·阿尔菲和罗伯特·赫尔曼则从理论上预言了宇宙微波背景辐射的存在，并且测算出大约为5K

1964年美国科学家家彭齐亚斯和威尔逊无意中发现了宇宙微波背景辐射，经过测量为3.5K，1965年又修正为3K，我们熟知的3K背景辐射就是这么来的！

宇宙大爆炸和奇点

勒梅特提出的宇宙大爆炸观点正在被一个个观测所证实，无论是宇宙膨胀还是太初合成理论（宇宙物质以氢元素为主）以及宇宙微波背景辐射等，目标都指向宇宙在很久远的过去曾经发生过一次开辟天地的大爆炸！宇宙中的一切物质都在这个时期诞生！

奇点的来历

现代宇宙物理学的几乎所有研究都基于大爆炸理论，因为与它相关的证据实在是太充分了，但宇宙从哪里开始爆炸，最初的宇宙是一个什么样的状态当时没有触及到这一点！

1965年罗杰·彭罗斯提出了黑洞中心的时空奇点论，霍金受到启发，他将奇点论用到了整个宇宙方向。1968年霍金与乔治·艾利斯认为宇宙背景辐射的存在证实宇宙的确曾经发生过大爆炸，并且认为宇宙有一个初始的奇点，时间和空间以及物质都是从这初始的起点演化而来！

但有一个有趣的事实是在奇点处一切物理定律都失效，这对现在宇宙诞生论是一个不小的挑战，不过关于宇宙大爆炸的最初始说法，已经有多个不会产生奇点的说法，比如弦理论中的膜彼此碰撞等，有兴趣的朋友可以了解下！

质能等价方程

前文我们只交代了宇宙的起源，但物质的来源仍然没有说清楚，毕竟从一个奇点诞生物质这种神奇的事情无法用一句话说清楚，但很幸运，爱因斯坦在发表狭义相对论时有一篇补充论文《物体的惯性和它蕴含的能量有关吗？》中给出了质能等价的方程，爱因斯坦认为质量就是能量，能量就是质量，这只是事物的一体两面，不同状态下表现方式而已！

2011年6月，美国布鲁克海汶国家实验室中的相对论重离子对撞机（RHIC）将两束金原子核加速到接近光速碰撞，在对撞机的STAR探测器上探测到了“夸克胶子等离子体”，也就是物质和能量的之间的相变温度！这个温度大约是2万亿摄氏度！

简单的理解这就是物质-能量之间临界点，再往上就是能量的世界了，所以质量与能量只是在不同状态下表现而已，当宇宙从“奇点”暴胀成宇宙时，致密的能量随着膨胀，温度下降，从能量状态转变为质量，夸克胶子结合成为质子和中子，继续冷却，质子以及质子与中子聚变构成了氢、氦与锂等原子核，但它们要到宇宙膨胀到38万年后才会捕获电子形成原子！

宇宙的物质不是物种生有，它只是从能量变成了质量，只要条件合适它可以重新变为能量，而两者是等价的，也就是说即使跨度为整个宇宙，依然是质能守恒的！