2022年03月21日 10:37
新浪科技
新浪科技訊 北京時間3月21日消息，據國外媒體報道，一個瘋狂的新理論認為，大爆炸之前可能存在著另一個時間倒流的「反宇宙」，而這個「反宇宙」或許可以解釋暗物質和宇宙暴脹。
該理論認為，早期宇宙極小、極熱、密度極大，而且如此均勻，以至於其前後時間看起來都是對稱的。如果該理論成立，那將意味著暗物質並不是現在看起來的那麼神秘，而只是中微子的一種新的「味」。中微子又被稱為「幽靈粒子」，只能存在於這樣的宇宙中；而中微子的味代表了其不同的量子數，現在已知有三種味的中微子：電中微子、μ中微子和τ中微子。該理論還暗示，大爆炸後不久可能並不需要所謂的「暴脹」時期，使年輕宇宙的體積迅速擴大。
如果確實如此，那麼未來科學家有望通過尋找引力波或確定中微子質量的實驗，一勞永逸地回答鏡像「反宇宙」是否存在的問題。
保持對稱
物理學家已經在自然界中發現了一些基本的對稱性。其中，最重要的三種對稱是：電荷（如果將參與相互作用的所有粒子的電荷翻轉為相反的電荷，結果仍將是相同的相互作用）；宇稱（觀察相互作用的鏡像，會得到相同的結果）；時間（如果在時間上反演某個相互作用，它看起來是一樣的）。
物理學上的相互作用在大多數時候都符合這些對稱性，但也會出現例外。不過，物理學家從未觀察到這三種對稱同時被破壞的情況。如果你將自然界中觀察到的每一種相互作用的物理量，包括電荷（C）、時間（T）和宇稱（P），一起進行反向翻轉，會發現這些相互作用的行為完全相同。
這組基本對稱被稱為CPT對稱。在最近被《物理年鑒》（Annals of Physics）雜志接受發表的一篇新論文中，研究作者提議對這組對稱進行擴展。通常情況下，CPT對稱只適用於相互作用，即構成宇宙物理的力和場。但如果這是一種非常重要的對稱性，那它可能適用於整個宇宙本身。換句話說，這個提議是將這種對稱性從適用於宇宙的「演員」（力和場）擴展到「舞台」本身，即宇宙的整個物理對象。
暗物質的產生
我們生活在一個不斷膨脹的宇宙中。這個宇宙充滿了大量粒子，發生著無數有趣的變化，而宇宙也隨著時間的推移而向前不斷演化。如果我們將CPT對稱的概念擴展到整個宇宙，那麼我們目前對宇宙的了解可能就很不完整了。
因此，為了在整個宇宙中保持CPT對稱，就必須有一個鏡像宇宙來平衡我們所處的這個宇宙。這個宇宙擁有相反的電荷，與我們的宇宙鏡像翻轉，並且在時間上反演。可以說，這是我們所處宇宙的「孿生宇宙」，而且這兩個宇宙都遵循CPT對稱。
研究人員接下來的問題是，如果存在這樣一個宇宙，會導致什麼結果呢？他們有了許多奇妙的發現。
首先，一個遵循CPT對稱的宇宙會自然地膨脹，並充滿粒子，而不需要所謂的「暴脹」時期。暴脹理論最早於1980年由美國物理學家阿蘭·古斯提出，指的是早期宇宙一段空間膨脹呈加速度狀態的過程。盡管有很多證據表明，像暴脹這樣的事件可能確實發生過，但對該過程的理論描述卻非常模糊，以至於科學家還有足夠的餘地提出可行的替代方案。
其次，一個遵循CPT對稱的宇宙會增加一些額外的中微子。一個讓科學家感到困惑的問題是，三種已知的中微子（電中微子、μ中微子和τ中微子）都是左旋的（指其自旋相對於其運動的方向）。物理學已知的所有其他粒子都有左旋和右旋的變體，因此物理學家們一直想知道是否存在右旋中微子。
一個遵循CPT對稱的宇宙需要至少存在一種右旋中微子。但在物理實驗中，我們基本上看不到這種中微子，它只會通過引力影響宇宙的其他部分。一種不可見的粒子充斥宇宙，並且只通過引力相互作用，這聽起來很像暗物質。
研究人員發現，遵循CPT對稱的條件會使我們的宇宙充滿右旋中微子，這可能就足以解釋暗物質的存在。
鏡像宇宙的預言
我們永遠無法接觸到這個「孿生宇宙」，或者說CPT鏡像宇宙，因為它存在於大爆炸「之後」，我們的宇宙開始之前。但是，這並不意味著我們不能驗證這一想法。
研究人員發現，一些觀察結果或許能支持這個想法。首先，他們預測，已知的3種左手性中微子應該都是馬約拉納粒子，意味著它們都是自己的反粒子（這與電子等普通粒子不同，電子具有對應的反物質，稱為正電子）。就目前而言，物理學家還不確定中微子是否具有這種特性。
此外，他們預測其中一種中微子應該是無質量的。目前，物理學家只能對中微子的質量設定上限。如果他們最終能夠測量中微子的質量，而且其中一種中微子確實是無質量的，那將極大地支持CPT對稱宇宙的觀點。
最後，在這個模型中，暴脹事件從未發生過。相反，宇宙本身充滿了粒子。物理學家認為，暴脹極大地震動了時空，以至於引力波充斥整個宇宙。許多實驗都在尋找這些原始的引力波。但在CPT對稱宇宙中，不應該存在這樣的引力波。因此，如果那些對原始引力波的搜索結果最終毫無收獲，那可能就意味著CPT鏡像宇宙模型是正確的。（任天）
