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宇宙大爆炸之前,宇宙鏡像或已存在

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【新三才首發】就像在一個平靜的湖面上隱約可見的山峰一樣,宇宙似乎曾經有過一個完美的鏡像。這是加拿大科學家團隊在大爆炸之前和之後推斷宇宙定律後得出的結論。

當今的物理學家對宇宙在大爆炸後幾秒鐘直到今天的結構非常了解。從許多方面來說,基礎物理學就像今天一樣適用。但專家幾十年來一直在爭論宇宙在大爆炸第一時刻所發生的事情——當微小的、無限密集的物質首先向外擴展時,我們所假設的基本物理學被某種方式改變了。

加拿大安大略省滑鐵盧的普里美特理論物理研究所(Perimeter Institute for Theoretical Physics)研究人員博伊爾(Latham Boyle)、Kieran Finn和圖羅克(Neil Turok)通過假設宇宙一直是基本對稱和簡單的,然後在數學上推斷出宇宙大爆炸後的第一個時刻。

這導致他們提出了一個先前的宇宙,也就是我們當前宇宙的鏡像,除了一切都逆轉了——時間倒退、粒子是反粒子。這不是物理學家第一次在宇宙大爆炸之前設想另一個宇宙,但這些宇宙總是被視為與我們自己一樣的獨立宇宙。

「與其說在大爆炸之前有一個不同的宇宙,其實宇宙實際上是在大爆炸之後的宇宙鏡像。」圖羅克表示。

「這就像我們今天的宇宙是通過大爆炸反映出來一樣,之前的宇宙實際上就是通過大爆炸的反射。」博伊爾說。

想像一下這個反宇宙如何破蛋。首先,它將完全由帶負電的反質子和帶正電的反電子組成。其次,從我們的角度來看,它似乎從一個蛋黃汁變成一個破裂的蛋,然後再回到一個未破裂的蛋,最後回到雞的內部。同樣地,宇宙將從爆炸向外擴散到大爆炸奇點,然後爆炸進入我們的宇宙。

但從另一個角度來看,這兩個宇宙都是在宇宙大爆炸時創建的,並且在時間上前後同時爆炸。這種二分法允許對困擾物理學家多年的問題進行一些創造性的解釋。首先,它將使宇宙的第一秒變得相當簡單,消除了專家這三十年來用來解釋量子物理學和標準模型一些粘性方面的奇怪多元宇宙和維度。

「理論家發明了大統一理論,其中有數百個新粒子,從未被觀察過。沒有任何觀察證據。」圖羅克說。

同樣,博伊爾說這個理論將為暗物質提供一個更簡單的解釋。

「突然間,當你採用這種對稱的、擴展的空間與時間視圖時,我們已經認為存在的一種粒子,一種所謂的右手中微子,將變得非常整潔。你不需要調用其他更具推測性的粒子。」博伊爾表示。

科學家表示,這一新理論源於對近年來物理學家提出的奇特物質的不滿。圖羅克本人幫助發展了這樣的解釋,但他們非常渴望對宇宙和宇宙大爆炸能有更簡單的解釋。他們還說此一新理論具有可測試性的好處。

「如果有人能夠找到比現有宇宙歷史更簡單的宇宙歷史版本,那麼就是向前邁出了一步。這並不意味著它是正確的,但這意味著值得關注。」加州理工學院宇宙學家卡羅爾(Sean Carroll)說。他的論文被引用但未參與此一研究,他指出目前可能是時候考慮其他解釋,但此一理論距離被說服還有很長的路要走。

加拿大團隊了解這一點,他們將使用該模型來提出可測量與可測試的元素,以確定它們是否正確。 例如,他們的模型預測最輕的中微子實際上應該完全沒有質量。 如果它們是對的,它可能會重塑我們看待宇宙的方式。

「這非常引人注目。它完全違背了過去30年來物理學的發展方向。」圖羅克說。「我們不禁自問,難道不會有更簡單的事情發生嗎?」

(編譯:王明真)

(責任編輯:姜啟明)

(文章來源:新三才首發)

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