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研究发现，宇宙起源时的物理定律与现在不同
根据佛罗里达大学天文学家进行的一项令人惊异的研究，宇宙起源时的物理定律必须与现在不同，这为我们星球、行星和生命本身在宇宙中形成提供了线索。
在分析了高达百万亿组星系的分布后，科学家们发现，物理定律曾经偏爱一组形状而非它们的镜像形状。就好像宇宙本身过去偏爱右手物体而不是左手物体，反之亦然。
这项研究的部分成果得益于佛罗里达大学的超级计算机HiPerGator，它使我们更好地解释了宇宙学中最大的问题：为什么有什么存在？这是因为在创世初期，某种手性对于解释宇宙由物质构成，即我们所看到的一切所构成的物质，是必要的。这个结果还有助于证实宇宙起源的大爆炸理论的一个核心原则。
佛罗里达大学天文学教授Zachary Slepian负责监督这项新研究，他说：“我一直对宇宙的大问题感兴趣。宇宙的起源是什么？它演变的规则是什么？为什么有事物而不是虚无？”“这项工作解决了这些大问题。”
Slepian与佛罗里达大学博士后研究员、这项研究的第一作者Jiamin Hou和劳伦斯伯克利国家实验室物理学家Robert Cahn合作进行了这项分析。这个研究团队在《皇家天文学会月刊》上发表了他们的发现。
镜像
他们的研究旨在寻找物理学中称为“宇称对称”的概念的违反，这涉及到类似于左手或右手的镜像反射。物理学中有许多东西可以说具有手性，如电子的自旋。然而，如今的物理定律通常不关心这种自旋是左手还是右手。这种在手性上不分左右的物理定律的平等或对称应用被称为宇称对称。
唯一的问题是，宇称对称必须在某个时刻被打破。为了解释宇宙如何创造出比反物质更多的物质，某种古老的宇称破缺——在遥远的过去，对右手或左手物体的偏爱是必要的。如果在大爆炸期间宇称对称成立，物质和反物质的等量部分会结合在一起，互相湮灭，使宇宙变得完全空无。
因此，Slepian、Hou和Cahn在《物理评论快报》上发表的一篇最新论文中提出了一种寻找证据的方法，即在大爆炸期间确实存在宇称破缺。他们的想法是想象夜空中四个星系的每一种可能组合。用想象中的线将这四个星系连接在一起，你就得到了一个不对称的金字塔，一个四面体。这是可能的最简单的3D形状，因此也是具有镜像形状的最简单形状，这是宇称对称的关键测试。
他们的方法需要分析每个百万个星系中的一万亿个可能的四面体，这是一种难以置信的组合。Slepian说：“最后我们意识到我们需要新的数学。”
因此，Slepian的团队开发了复杂的数学公式，使得这些庞大的计算可以在合理的时间内完成。尽管如此，这仍然需要大量的计算能力。他说：“我们在佛罗里达大学拥有独特的技术，HiPerGator超级计算机和其先进的GPU让我们能够使用不同的设置运行数千次分析，以测试我们的结果。”
Slepian的团队发现，确实，宇宙在早期对左手或右手物体表现出偏好，并将这种偏好印在了最终成为如今星系的物质上。(尽管复杂数学使得难以判断这种偏好是对右手还是左手的。)
他们以七个标准差的确定程度确立了他们的发现，这是一种衡量基于概率单独产生结果的不可能性的方式。在物理学中，具有五个标准差或更高显著性的结果通常被认为是可靠的，因为在这个水平上，基于概率的结果的可能性极其渺茫。使用Slepian、Cahn和Hou提出的方法，由Slepian实验室前成员进行的类似分析发现了相同的普遍性手性偏好，尽管由于研究设计的差异，统计置信度略低。
目前还有可能是底层测量中的不确定性解释了这种不对称。值得庆幸的是，来自下一代望远镜的更大样本星系可能在未来几年内提供足够的数据来消除这些不确定性。作为暗能量光谱仪望远镜团队的一部分，Slepian在佛罗里达大学的团队将对这些新的、更健壮的数据进行分析。
这不是宇称破缺首次被发现，但这是首次发现可能影响宇宙中星系三维聚类的宇称破缺证据。其中一个基本力量，弱力，也违反了宇称。但是，其影响范围非常有限，不能影响星系的规模，也无法解释宇宙中物质的丰富程度。这种普遍影响需要在大爆炸发生的时刻出现宇称破缺，这个时期被称为膨胀。
Slepian表示：“由于宇称破缺只能在膨胀期间印在宇宙上，如果我们发现的是真的，那么这就是膨胀的铁证。”
Slepian实验室的研究成果尚无法解释物理定律是如何改变的，这需要超越标准模型的新理论，这是一种解释我们现在的宇宙的理论。现在，科学家们正在竞相提出这一理论，以解释宇宙的古老手性和我们今天所看到的物质丰富程度。
本文译自 Mirage News，由 BALI 编辑发布。