宇宙有个「孪生兄弟」？一个时光倒流的镜像「反宇宙」

---

  新智元报道  

编辑：David

【新智元导读】我们的宇宙其实只是「双胞胎」之一？一个新理论认为，存在和现在的宇宙完全对称的一个「反宇宙」，那里电荷相反、时光倒流。

我们的宇宙可能有一个在时间上倒着流动的「孪生兄弟」。

 

如果宇宙有一个孪生兄弟，并且时间向后运行，那么科学家就可以解释暗物质的存在。

 

一个疯狂的新理论表明，在大爆炸之前，可能存在另一个 「反宇宙」，在时间上倒着走

 

这个想法假设早期的宇宙是小的、热的、密集的。而且是均匀的，时间的流逝方向看起来是前后对称的。

 

如果果然如此，这个新理论意味着暗物质并不像之前我们想象的那么神秘；它只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。该理论意味着不需要在宇宙大爆炸后不久出现一个 "通货膨胀 "时期，迅速扩大年轻宇宙的规模。

 

如果是真的，那么未来寻找引力波或确定中微子质量的实验就可以一劳永逸地回答这个镜像反宇宙是否存在。

宇宙的三个「基本对称性」

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：电荷对称性（如果你把参与相互作用的所有粒子的电荷翻转为相反的电荷，相互作用不变）；奇偶对称性（如果将相互作用的做个镜像，会得到相同的结果）；和时间对称性（如果在时间上向后运行一个相互作用，看起来相同）。

 

物理上的相互作用在大多数时候都遵守这些对称性。也就是说有时会不遵循这些对称现象。但物理学家从未观察到同时违反这三个对称性的情况。

如果把在自然界观察到的每一个相互作用都翻转电荷，取镜像，并在时间上向后运行，这些相互作用的行为仍然是完全一样的。

 

这种基本的对称性被称为CPT对称性，即电荷（C）、奇偶性（P）和时间（T）。

 

论文链接：https://arxiv.org/pdf/1803.08930.pdf

在最近被接受发表在《物理学年鉴》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，也就是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，它适用于整个宇宙本身。换句话说，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，宇宙的演变在时间线上向前推进。如果我们把CPT对称性的概念扩展到整个宇宙，那么我们目前对宇宙的看法就不可能反映出宇宙的全貌。

如 果接受了这个CPT的观点，为了保持整个宇宙的CPT对称性，必须有一个「镜像的宇宙」来平衡我们目前的宇宙。

这个镜像宇宙中的电荷与我们目前的宇宙完全相反，并在目前宇宙的时间线上倒着流动。我们的宇宙只是双胞胎宇宙中的一个。总的来说，这两个宇宙遵守CPT对称性。

 

那么，这样一个宇宙的存在会产生什么后果？

 

 

首先，一个遵循CPT的宇宙会自然地膨胀，并以粒子填充自身，而不需要通过一个被长期理论化的快速膨胀期。虽然有很多证据表明发生了这种膨胀，但支持该观点的理论图景却令人难以置信地模糊，模糊到有足够的空间来提出可行的替代观点。

 

第二，一个遵循CPT的宇宙会包含一些额外的中微子。有三种已知的中微子：电子中微子、μ介子中微子和陶氏中微子。奇怪的是，这三种中微子都是左手性的（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性和右手性之分，因此物理学家长期以来一直想知道，是否存在额外的右手性中微子。

 

一个遵循CPT的宇宙将要求至少有一个右手性中微子的存在。这种粒子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。

 

这种不可见的、只通过引力进行互动的隐形粒子，听起来很像暗物质。

 

「镜像宇宙」大预测

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不能测试这个想法。

 

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，这将大大支持CPT对称宇宙的观点。

 

最后，在这个模型中，膨胀事件从未发生。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如此之大，以至于引力波充斥着整个宇宙。目前的大量实验都在寻找这些原始的引力波。

 

但是在一个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，这可能是一个线索，表明这个CPT-镜像宇宙模型是正确的。

 

参考资料：

https://www.livescience.com/mirror-universe-explains-dark-matter

https://wordpress.futurism.com/anti-universe-time-backwards/amp