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把CPT守恒推广到全宇宙:如果存在一个反宇宙,则暗物质立刻就不再神秘
在大爆炸之前,可能存在另一个“反宇宙”。
这一假说认为早期宇宙很小、很热、很稠密——而且如此均匀,以至于时间看起来前后对称。
新理论意味着暗物质并不那么神秘。它只是一种新的中微子(味)——存在于反宇宙中。依据该理论,在大爆炸后,宇宙不再需要所谓的暴涨期。
物理学家已经确定了自然界中粒子的基本对称性。三个最重要的对称性是: 电荷(两个带电体的正负电荷若同时颠倒,库伦力的相互作用不会发生任何变化。);镜像手性;和时间(对单一的微观粒子而言,如果“倒放”它的运动,我们是无法察觉到的。但是倒放一段记录生活视频,我们则会立刻发觉异常)。
物理对象在大多数情况下都遵循这些对称性——这意味着有时会出现违规行为。但是物理学家从未观察到同时违反所有三种对称性的组合。如果你把自然界中观察到的每一个相互作用都翻转过来,镜像翻转、正负电性颠倒并逆时间运行,最终的相互作用后果就和原来的完全一样。
这种基本对称性被命名为:CPT 对称性,用于电荷 (C)、宇称(P) 和时间 (T)。
在最近被《物理学年鉴》接受一篇新论文里,科学家们提议把CPT 对称性放到宇宙层面。通常这种对称性只适用于相互作用——构成宇宙力和场。但也许,它是最基本的对称性,适用于整个宇宙本身。换句话说,这个想法将这种对称性从仅适用于宇宙的“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
我们生活在一个不断膨胀的宇宙中。这个宇宙充满了粒子,而宇宙的演化也在时间上向前推进。如果我们将 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。为了在整个宇宙中保持 CPT 对称性,必须有一个镜像宇宙来平衡我们自己的宇宙。反宇宙里的物质,电荷与我们相反(电子带正电荷,质子负电荷),事物镜像翻转(反宇宙里的你我都是左右颠倒的),并时间倒流(相对我们的时间方向而言)。我们的宇宙只是双胞胎中的一个。总之,这两个宇宙服从 CPT 对称性。
研究人员接下来想知道,这样一个宇宙的后果是什么。
他们发现了许多奇妙的东西。
一方面,一个尊重 CPT 的宇宙会自然膨胀并充满粒子,而不需要长期理论化的宇宙暴胀。虽然有很多证据表明发生了像暴胀事件,但该事件的理论图景却非常模糊。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。
其次,一个尊重 CPT 的宇宙会添加一些额外的中微子。有三种已知的中微子味:电子中微子、介子中微子和τ中微子。奇怪的是,所有这三种中微子味都是左旋的(用左手定则确定自旋方向)。物理学中已知的所有其他粒子都有左旋和右旋两种,所以物理学家长期以来一直想知道是否还有额外的右旋中微子。
一个尊重 CPT 的宇宙将要求至少存在一种右旋中微子物种。但它们在物理实验中基本上是不可见的,只会通过重力影响宇宙的其他部分……听起来很像暗物质。
研究人员发现,遵守 CPT 对称性所施加的条件将使我们的宇宙充满右旋中微子,足以用于解释暗物质。
镜子里的预言
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宇宙开始之前。但这并不意味着我们不能测试这个想法。
研究人员发现了可以检验的理论后果。一方面,他们预测三种已知的左旋中微子应该都是马约拉纳粒子,这意味着它们是它们自己的反粒子。到目前为止,物理学家还不确定中微子是否具有这种特性。
此外,他们预测其中一种中微子应该是无质量的。目前,物理学家只能对中微子质量设定上限。如果物理学家能够最终测量中微子的质量,并且其中一个确实是无质量的,那将极大地支持 CPT 对称宇宙的想法。
最后,在这个模型中,宇宙暴胀从未发生过。相反,宇宙自然而然地充满了粒子。物理学家认为,暴胀震动时空的程度如此之大,以至于它用引力波淹没了宇宙。许多实验都在寻找这些原始引力波。但在 CPT 对称宇宙中,不应该存在这样的波。因此,如果对原始引力波的搜索结果为空,就进一步支持了 CPT 镜像宇宙模型。
https://www.livescience.com/mirror-universe-explains-dark-matter