北京時間 3 月 21 日消息，據(jù)國外媒體報道，一個瘋狂的新理論認(rèn)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(zhì)和宇宙暴脹。
該理論認(rèn)為，早期宇宙極小、極熱、密度極大，而且如此均勻，以至于其前后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(zhì)并不是現(xiàn)在看起來的那么神秘，而只是中微子的一種新的“味”。中微子又被稱為“幽靈粒子”，只能存在于這樣的宇宙中；而中微子的味代表了其不同的量子數(shù)，現(xiàn)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，大爆炸后不久可能并不需要所謂的“暴脹”時期，使年輕宇宙的體積迅速擴(kuò)大。
如果確實如此，那么未來科學(xué)家有望通過尋找引力波或確定中微子質(zhì)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(xué)家已經(jīng)在自然界中發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)為相反的電荷，結(jié)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(jié)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(xué)上的相互作用在大多數(shù)時候都符合這些對稱性，但也會出現(xiàn)例外。不過，物理學(xué)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(jìn)行反向翻轉(zhuǎn)，會發(fā)現(xiàn)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(fā)表的一篇新論文中，研究作者提議對這組對稱進(jìn)行擴(kuò)展。通常情況下，CPT 對稱只適用于相互作用，即構(gòu)成宇宙物理的力和場。但如果這是一種非常重要的對稱性，那它可能適用于整個宇宙本身。換句話說，這個提議是將這種對稱性從適用于宇宙的“演員”（力和場）擴(kuò)展到“舞臺”本身，即宇宙的整個物理對象。
暗物質(zhì)的產(chǎn)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(fā)生著無數(shù)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(kuò)展到整個宇宙，那么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(zhuǎn)，并且在時間上反演。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(dǎo)致什么結(jié)果呢？他們有了許多奇妙的發(fā)現(xiàn)。
首先，一個遵循 CPT 對稱的宇宙會自然地膨脹，并充滿粒子，而不需要所謂的“暴脹”時期。暴脹理論最早于 1980 年由美國物理學(xué)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(tài)的過程。盡管有很多證據(jù)表明，像暴脹這樣的事件可能確實發(fā)生過，但對該過程的理論描述卻非常模糊，以至于科學(xué)家還有足夠的余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(xué)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（指其自旋相對于其運動的方向）。物理學(xué)已知的所有其他粒子都有左旋和右旋的變體，因此物理學(xué)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，并且只通過引力相互作用，這聽起來很像暗物質(zhì)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，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(zhì)的存在。
鏡像宇宙的預(yù)言
我們永遠(yuǎn)無法接觸到這個“孿生宇宙”，或者說 CPT 鏡像宇宙，因為它存在于大爆炸“之后”，我們的宇宙開始之前。但是，這并不意味著我們不能驗證這一想法。
研究人員發(fā)現(xiàn)，一些觀察結(jié)果或許能支持這個想法。首先，他們預(yù)測，已知的 3 種左手性中微子應(yīng)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(yīng)的反物質(zhì)，稱為正電子）。就目前而言，物理學(xué)家還不確定中微子是否具有這種特性。
此外，他們預(yù)測其中一種中微子應(yīng)該是無質(zhì)量的。目前，物理學(xué)家只能對中微子的質(zhì)量設(shè)定上限。如果他們最終能夠測量中微子的質(zhì)量，而且其中一種中微子確實是無質(zhì)量的，那將極大地支持 CPT 對稱宇宙的觀點。
最后，在這個模型中，暴脹事件從未發(fā)生過。相反，宇宙本身充滿了粒子。物理學(xué)家認(rèn)為，暴脹極大地震動了時空，以至于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(yīng)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(jié)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。
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