Антивселенная, движущаяся назад во времени, может объяснить существование темной материи и космическую инфляцию (закон расширения Вселенной на ранней стадии Большого Взрыва).
Новая безумная теория предполагает, что, помимо нашей, может существовать еще одна “антивселенная”, бегущая назад во времени до Большого взрыва.
Содержание
Идея заключается в том, что ранняя Вселенная была маленькой, горячей и плотной – и настолько однородной, что время выглядела симметричной в обратном и прямом направлениях.
Если это так, то темная материя не так уж и загадочна. Это просто новый аромат призрачной частицы, называемой нейтрино, которая может существовать только в такой Вселенной. В таком случае, не было бы необходимости в периоде “инфляции”, который быстро увеличил размеры молодого космоса вскоре после Большого взрыва.
Если теория верна, то будущие эксперименты по поиску гравитационных волн или определению массы нейтрино смогут раз и навсегда ответить на вопрос, существует ли эта зеркальная антивселенная.
Сохранение симметрии
Физики определили ряд фундаментальных симметрий в природе. Три наиболее важные из них: зарядовая (если поменять заряды всех частиц, участвующих во взаимодействии, на противоположные, то получится то же самое взаимодействие); четность (если посмотреть на зеркальное отражение взаимодействия, то получится тот же результат); и временная (если прогнать взаимодействие назад во времени, то оно будет выглядеть так же).
Физические взаимодействия подчиняются большинству этих симметрий основную часть времени, что означает, что иногда бывают нарушения. Но физики никогда не наблюдали нарушения комбинации всех трех симметрий одновременно. Если взять каждое взаимодействие, наблюдаемое в природе, перевернуть заряды, взять зеркальное отражение и прогнать его назад во времени, эти взаимодействия будут вести себя точно так же.
Этой фундаментальной симметрии дано название: симметрия CPT, означающая заряд (C), четность (P) и время (T).
В новой работе, недавно принятой к публикации в журнале Annals of Physics, ученые предлагают расширить эту комбинированную симметрию. Обычно симметрия применяется только к взаимодействиям – силам и полям, которые составляют физику космоса. Но, возможно, если это такая невероятно важная симметрия, то она применима ко всей Вселенной как таковой. Другими словами, эта идея расширяет симметрию от применения только к “актерам” вселенной (силам и полям) до самой “сцены”, то есть всего физического объекта вселенной.
Создание темной материи
Мы живем в расширяющейся Вселенной. Эта Вселенная наполнена множеством частиц, делающих множество интересных вещей, и эволюция Вселенной движется вперед во времени. Если мы распространим концепцию симметрии CPT на весь космос, то наше представление о Вселенной не может быть полной картиной.
Должно быть что-то еще. Чтобы сохранить CPT-симметрию во всем космосе, должен существовать зеркальный космос, который уравновешивает наш. Этот космос имел бы противоположные нашим заряды, был бы перевернут зеркально и двигался бы назад во времени. Наша вселенная – всего лишь один из близнецов. Вместе взятые, две вселенные подчиняются симметрии CPT.
Далее исследователи задались вопросом, каковы будут последствия существования такой вселенной.
Они обнаружили много удивительных вещей.
Например, вселенная, соблюдающая CPT симметрию, естественным образом расширяется и наполняется частицами, без необходимости в давно теоретизируемом периоде быстрого расширения, известного как инфляция. Хотя существует множество доказательств того, что такое событие, как инфляция, все-таки имело место, теоретическая картина этого события невероятно размыта. Она настолько размыта, что есть много места для предложений жизнеспособных альтернатив.
Во-вторых, вселенная, соблюдающая СРТ, добавила бы в смесь еще несколько нейтрино. Известно три вида нейтрино: электрон-нейтрино, мюон-нейтрино и тау-нейтрино. Странно, но все три вида нейтрино являются левосторонними (имеется в виду направление их вращения по отношению к движению). Все другие известные физике частицы имеют как левосторонние, так и правосторонние разновидности, поэтому физики давно задавались вопросом, существуют ли дополнительные правосторонние нейтрино.
Вселенная, уважающая СРТ, требует существования по крайней мере одного вида правосторонних нейтрино. Этот вид был бы практически невидимым для физических экспериментов и влиял бы на остальную Вселенную только посредством гравитации.
Но невидимая частица, которая наводняет Вселенную и взаимодействует только через гравитацию, звучит очень похоже на темную материю.
Исследователи обнаружили, что условия, налагаемые подчинением симметрии CPT, наполнят нашу Вселенную правосторонними нейтрино, что достаточно для объяснения темной материи.
Предсказания в зеркале
У нас никогда не будет доступа к нашему двойнику, зеркальной вселенной CPT, потому что она существует “за” нашим Большим взрывом, до начала нашего космоса. Но это не значит, что мы не можем проверить эту идею.
Исследователи обнаружили несколько наблюдаемых следствий этой идеи. Во-первых, они предсказывают, что все три известных вида левых нейтрино должны быть майорановскими частицами, что означает, что они являются своими собственными античастицами (в отличие от нормальных частиц, таких как электрон, у которых есть аналоги из антивещества, называемые позитронами). На данный момент физики не уверены, обладают ли нейтрино этим свойством или нет.
Кроме того, они предсказывают, что один из видов нейтрино должен быть безмассовым. В настоящее время физики могут установить только верхние пределы масс нейтрино. Если физики когда-нибудь смогут достоверно измерить массы нейтрино, и одно из них действительно окажется безмассовым, это значительно укрепит идею о существовании CPT-симметричной Вселенной.
Наконец, в этой модели инфляция никогда не происходила. Вместо этого Вселенная наполнилась частицами естественным образом сама по себе. Физики считают, что инфляция потрясла пространство-время до такой степени, что затопила космос гравитационными волнами. Многие эксперименты ведутся в поисках этих первичных гравитационных волн. Но в СРТ-симметричной Вселенной таких волн быть не должно. Так что, если эти поиски первичных гравитационных волн окажутся безрезультатными, это может быть ключом к тому, что эта модель СРТ-зеркальной вселенной верна.
Читайте также: В нашей Солнечной системе раньше было две звезды. Новые доказательства