老达博客 科技要会玩 我们的宇宙可能有一个在时间上向后运行的孪生兄弟

我们的宇宙可能有一个在时间上向后运行的孪生兄弟

我们生活的宇宙到底是一个什么样子,这是我们仰望星空的时候经常会思考的一个人问题。物理学家对宇宙有各种各样的解释,最流行的应该是大爆炸理论,但大爆炸之前呢?宇宙的奥秘对于我们这个仅仅存在了几百万…

我们生活的宇宙到底是一个什么样子,这是我们仰望星空的时候经常会思考的一个人问题。物理学家对宇宙有各种各样的解释,最流行的应该是大爆炸理论,但大爆炸之前呢?宇宙的奥秘对于我们这个仅仅存在了几百万年的物种来说,真的是太深奥了。

对称宇宙

刚刚看到一个研究,一个非常疯狂的理论,说我们的宇宙可能有一个在时间上向后运行的孪生兄弟。这个理论跟以前我们经常听到的平行宇宙的理论并不一样,是基于基本对称性提出的一个全新理论。这种对称性可能导致一个与我们完全相反、互相对称的宇宙的存在。

以下是原文:

一个疯狂的新理论表明,在宇宙大爆炸之前可能存在另一个“反宇宙”,它在时间上是向后运行的。据了解,这个想法假设早期的宇宙是小、热和密集的–并且相当均匀,以至于时间看起来是对称的,向后和向前。

宇宙可能有一个在时间上向后运行的孪生兄弟
一个对称的宇宙

如果是真的,那么这个新理论意味着暗物质并不那么神秘,它只能算是一种叫做中微子的幽灵粒子的新味道–只能存在于这种宇宙中。并且该理论意味着没有必要在大爆炸后不久出现一个“膨胀”时期,进而迅速扩大年轻宇宙的规模。

如果情况属实,那么未来寻找引力波或确定中微子质量的实验就能一劳永逸地回答这种镜像反宇宙是否存在。

保持对称性

物理学家已经确定了自然界中的一组基本对称性。三个最重要的对称性是:电荷、奇偶性和时间。

物理相互作用在大多数时候都遵守这些对称性,这意味着有时存在违反现象。但物理学家从未观察到同时违反所有三个对称性的组合的情况。如果你把自然界中观察到的每一个相互作用都翻转一下电荷、取其镜像并在时间上向后运行,这些相互作用的行为是完全一样的。

这种基本的对称性被赋予了一个名字:CPT对称性,它们分别代表了电荷(C)、奇偶性(P)和时间(T)。

在最近被接受发表在《Annals of Physics》杂志上的一篇新论文中,科学家们提议扩展这种组合对称性。通常这种对称性只适用于相互作用–构成宇宙物理学的力和场。但也许,如果这是一个令人难以置信的重要的对称性,那么它适用于整个整个宇宙本身。换言之,这个想法将这种对称性从只适用于宇宙的“演员”(力和场)扩展到“舞台”本身,即宇宙的整个物理对象。

创造暗物质

我们生活在一个膨胀的宇宙中。这个宇宙充满了很多粒子,做着很多有趣的事情,宇宙的演变在时间上向前推进。如果我们把CPT对称性的概念扩展到我们的整个宇宙,那么我们对宇宙的看法就不可能是全貌。

相反,必须有更多。为了保持整个宇宙的CPT对称性,必须有一个镜像的宇宙来平衡我们的宇宙。这个宇宙将拥有所有跟我们相反的电荷、在镜像中被翻转并在时间上向后运行。我们的宇宙只是双胞胎中的一个。总的来说,这两个宇宙遵守CPT对称性。

研究人员接下来会提出这样一个问题–这样一个宇宙会有什么后果。

对此,他们发现了许多奇妙的事情。

首先,一个尊重CPT的宇宙会自然地膨胀并以粒子填充自身,而不需要一个被长期理论化的快速膨胀期,即通货膨胀。虽然有很多证据表明发生了像通货膨胀这样的事件,但该事件的理论图景却令人难以置信地模糊。它是如此模糊以至于有足够的空间来提出可行的替代方案。

第二,一个尊重CPT的宇宙会在其中加入一些额外的中微子。有三种已知的中微子的味道:电子中微子、μ介子中微子和陶氏中微子。奇怪的是,这三种中微子的味道都是左手的(指其自旋相对于其运动的方向)。物理学上已知的所有其他粒子都有左手和右手的种类,因此物理学家长期以来一直想知道是否存在额外的右手中微子。

一个尊重CPT的宇宙将要求至少有一个右手中微子物种的存在。这个物种对于物理学实验来说基本上是不可见的,只是通过引力影响宇宙的其他部分。

但一个充斥着宇宙的看不见的粒子并只通过引力进行互动听起来很像暗物质。

研究人员发现,遵守CPT对称性的条件将使我们的宇宙充满右手中微子,这足以说明暗物质的情况。

镜像里的预测

我们永远无法接触到我们的孪生兄弟–CPT镜像宇宙,因为它存在于我们的大爆炸“背后”,在我们宇宙开始之前。但这并不意味着我们无法测试这个想法。

研究人员发现了这个想法的一些观察结果。首先,他们预测三个已知的左手中微子种类应该都是马约拉纳粒子,这意味着它们是自己的反粒子。截至目前,物理学家还不确定中微子是否具有这一特性。

此外,他们预测其中一个中微子种类应该是无质量的。目前,物理学家只能对中微子的质量进行上限判断。如果物理学家能够最终测量出中微子的质量并且其中一个确实是无质量的,那么这将大大支持CPT对称宇宙的想法。

最后,在这个模型中,膨胀的事件从未发生。相反,宇宙自己自然地充满了粒子。物理学家认为,膨胀对时空的震动程度非常大,以至于引力波充斥着整个宇宙。许多实验都在寻找这些原始的引力波。但在一个CPT对称的宇宙中不应该存在这种波。因此,如果那些对原始引力波的搜索结果是空的,则可能是一个线索,这表明这个CPT-镜像宇宙模型是正确的。

作者: 老达

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