Если результаты исследования подтвердятся, это станет шагом к объяснению одной из самых тревожных проблем физики.
Симметрия в законах физики, согласно которой материя и антиматерия являются идеальными отражениями друг друга, почему-то перестала действовать вскоре после Большого взрыва, свидетельствуют новые данные. Эта работа может дать объяснение тому тревожному факту, что, хотя Вселенная функционирует по симметричным законам, античастицы далеко не в одинаковом количестве с обычными количествами.
Вселенная, содержащая равное количество материи и антиматерии, была бы такой, в которой эти две материи постоянно уничтожали бы друг друга во вспышках энергии. Это было бы не самое подходящее место для развития жизни, не говоря уже о том, чтобы успеть проделать долгий путь эволюции к существам, способным понять законы физики. Однако эти законы, как мы их понимаем в настоящее время, предполагают, что равное количество каждого вещества должно было быть создано вместе со Вселенной.
Каким-то образом мы избежали этой участи, причем материя значительно преобладает. Этот наблюдаемый факт означает, что где-то на начальном этапе Вселенная не была идеально симметричной. Космологи потратили почти 60 лет на поиски точки, где симметрия нарушилась. Новая статья в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) утверждает, что эта точка находится в так называемой “инфляционной эре”.
Доктор Роберт Кан, профессор Закари Слепиан и доктор Цзямин Хоу предположили, что секрет поиска места разрушения симметрии может заключаться в распределении галактик. Их рассуждения были опубликованы в Physical Review Letters, но более интересной новостью является то, что в статье MNRAS они утверждают, что нашли аномалии в распределении галактик, которые не могут объяснить никаким другим способом.
“Тетраэдр [треугольная пирамида] – простейшая форма, которую нельзя повернуть в зеркальное отражение в трехмерном пространстве (3D)”, – отмечают авторы в MNRAS. “Любые четыре галактики (квадруплет) могут образовать точки тетраэдра. В абсолютно симметричной Вселенной мы ожидали бы увидеть равное количество одной ориентации тетраэдра и его зеркального отображения. Если мы видим больше примеров одной ориентации, чем другой, это указывает на нарушение симметрии в тот момент, когда возникла кусковая масса Вселенной”.
Изучив более миллиона ярко-красных галактик, выявленных в ходе двух исследований, авторы действительно обнаружили неравномерное распределение, что указывает на отсутствие симметрии в тот момент. Что именно это была за асимметрия и куда она делась за последующие 14 миллиардов лет, остается вопросом без ответа. Тем не менее, если работа будет воспроизведена с тем же результатом, мы сможем сузить круг поиска.
“Меня всегда интересовали большие вопросы о Вселенной. Каково начало Вселенной? Каковы правила, по которым она развивается? Почему существует нечто, а не ничто?” – говорится в заявлении Слепяна. “Эта работа посвящена этим большим вопросам”.
На большие вопросы редко находятся легкие ответы, и анализ таких огромных выборок галактик был чрезвычайно сложной задачей. Это был не просто вопрос поиска аккуратно сгруппированных наборов из четырех галактик и отнесения каждой из них к левостороннему или правостороннему тетраэдру. Вместо этого суперкомпьютер должен был провести линии между каждой галактикой и тремя другими, чтобы получился тетраэдр, затем повторить то же самое еще с тремя и так далее. Были проведены линии длиной в сотни миллионов световых лет, чтобы соединить огромные удаленные галактики в тетраэдры, намного превосходящие по размерам даже самое большое галактическое скопление.
“В конце концов мы поняли, что нам нужна новая математика”, – говорит Слепян. “Благодаря этим формулам компьютеру не понадобилась значительная часть возраста Вселенной, чтобы перебрать все возможные комбинации. Он даже смог повторить расчеты несколько раз, чтобы мы убедились в их правильности”.
Дисбаланс, который команда обнаружила в одной выборке галактик, был крайне маловероятен, чтобы быть случайным, а в другой – еще менее правдоподобен. Теперь, однако, они планируют проделать то же самое заново с более крупными галактическими выборками, которые будут получены с помощью поколения более совершенных телескопов.
Единственное известное нарушение симметрии наблюдается в слабых силах, но, как отмечается в статье, их диапазон слишком мал, чтобы учесть отклонения в галактических масштабах, поэтому причина должна быть в чем-то другом.
Помимо прочего, эта работа дает возможность разрешить дебаты между инфляционной и неинфляционной моделями раннего расширения Вселенной. “Поскольку нарушение четности может наложить отпечаток на Вселенную только во время инфляции, и если то, что мы обнаружили, верно, то это дает надежные доказательства в пользу инфляции”, – сказал Слепян.
Читайте также: Ученые добились поразительного “квантового переворота времени”