發表日期 4/2/2022, 3:30:59 PM
新智元報道
編輯:David
【新智元導讀】我們的宇宙其實隻是「雙胞胎」之一?一個新理論認為,存在和現在的宇宙完全對稱的一個「反宇宙」,那裏電荷相反、時光倒流。
我們的宇宙可能有一個在時間上倒著流動的「孿生兄弟」。
如果宇宙有一個孿生兄弟,並且時間嚮後運行,那麼科學傢就可以解釋暗物質的存在。
一個瘋狂的新理論錶明,在大爆炸之前,可能存在另一個 「反宇宙」,在時間上倒著走
這個想法假設早期的宇宙是小的、熱的、密集的。而且是均勻的,時間的流逝方嚮看起來是前後對稱的。
如果果然如此,這個新理論意味著暗物質並不像之前我們想象的那麼神秘;它隻是一種叫做中微子的幽靈粒子的新味道,隻能存在於這種宇宙中。該理論意味著不需要在宇宙大爆炸後不久齣現一個 "通貨膨脹 "時期,迅速擴大年輕宇宙的規模。
如果是真的,那麼未來尋找引力波或確定中微子質量的實驗就可以一勞永逸地迴答這個鏡像反宇宙是否存在。
宇宙的三個「基本對稱性」
物理學傢已經確定瞭自然界中的一組基本對稱性。
三個最重要的對稱性是:電荷對稱性(如果你把參與相互作用的所有粒子的電荷翻轉為相反的電荷,相互作用不變);奇偶對稱性(如果將相互作用的做個鏡像,會得到相同的結果);和時間對稱性(如果在時間上嚮後運行一個相互作用,看起來相同)。
物理上的相互作用在大多數時候都遵守這些對稱性。也就是說有時會不遵循這些對稱現象。但物理學傢從未觀察到同時違反這三個對稱性的情況。
如果把在自然界觀察到的每一個相互作用都翻轉電荷,取鏡像,並在時間上嚮後運行,這些相互作用的行為仍然是完全一樣的。
這種基本的對稱性被稱為CPT對稱性,即電荷(C)、奇偶性(P)和時間(T)。
論文鏈接:https://arxiv.org/pdf/1803.08930.pdf
在最近被接受發錶在《物理學年鑒》雜誌上的一篇新論文中,科學傢們提議擴展這種組閤對稱性。通常這種對稱性隻適用於相互作用,也就是構成宇宙物理學的力和場。
但也許,如果這是一個令人難以置信的重要的對稱性,它適用於整個宇宙本身。換句話說,這個想法將這種對稱性從隻適用於宇宙的「演員」(力和場)擴展到「舞台」本身,即宇宙的整個物理對象。
創造暗物質
我們生活在一個膨脹的宇宙中。這個宇宙充滿瞭很多粒子,做著很多有趣的事情,宇宙的演變在時間綫上嚮前推進。如果我們把CPT對稱性的概念擴展到整個宇宙,那麼我們目前對宇宙的看法就不可能反映齣宇宙的全貌。
如果接受瞭這個CPT的觀點,為瞭保持整個宇宙的CPT對稱性,必須有一個「鏡像的宇宙」來平衡我們目前的宇宙。
這個鏡像宇宙中的電荷與我們目前的宇宙完全相反,並在目前宇宙的時間綫上倒著流動。我們的宇宙隻是雙胞胎宇宙中的一個。總的來說,這兩個宇宙遵守CPT對稱性。
那麼,這樣一個宇宙的存在會産生什麼後果?
首先,一個遵循CPT的宇宙會自然地膨脹,並以粒子填充自身,而不需要通過一個被長期理論化的快速膨脹期。雖然有很多證據錶明發生瞭這種膨脹,但支持該觀點的理論圖景卻令人難以置信地模糊,模糊到有足夠的空間來提齣可行的替代觀點。
第二,一個遵循CPT的宇宙會包含一些額外的中微子。有三種已知的中微子:電子中微子、μ介子中微子和陶氏中微子。奇怪的是,這三種中微子都是左手性的(指其自鏇相對於其運動的方嚮)。
物理學上已知的所有其他粒子都有左手性和右手性之分,因此物理學傢長期以來一直想知道,是否存在額外的右手性中微子。
一個遵循CPT的宇宙將要求至少有一個右手性中微子的存在。這種粒子對於物理學實驗來說基本上是不可見的,隻是通過引力影響宇宙的其他部分。
這種不可見的、隻通過引力進行互動的隱形粒子,聽起來很像暗物質。
「鏡像宇宙」大預測
我們永遠無法接觸到我們的孿生兄弟――CPT鏡像宇宙,因為它存在於我們的大爆炸 "背後",在我們宇宙開始之前。但這並不意味著我們不能測試這個想法。
研究人員發現瞭這個想法的一些觀察結果。
首先,他們預測三個已知的左手中微子種類應該都是馬約拉納粒子,這意味著它們是自己的反粒子。截至目前,物理學傢還不確定中微子是否具有這一特性。
此外,他們預測其中一個中微子種類應該是無質量的。目前,物理學傢隻能對中微子的質量進行上限判斷。如果物理學傢能夠最終測量齣中微子的質量,並且其中一個確實是無質量的,這將大大支持CPT對稱宇宙的觀點。
最後,在這個模型中,膨脹事件從未發生。相反,宇宙自己自然地充滿瞭粒子。物理學傢認為,膨脹對時空的震動程度如此之大,以至於引力波充斥著整個宇宙。目前的大量實驗都在尋找這些原始的引力波。
但是在一個CPT對稱的宇宙中,不應該存在這種波。因此,如果那些對原始引力波的搜索結果是空的,這可能是一個綫索,錶明這個CPT-鏡像宇宙模型是正確的。
參考資料:
https://www.livescience.com/mirror-universe-explains-dark-matter
https://wordpress.futurism.com/anti-universe-time-backwards/amp