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資料圖

如果是真的，那么這個新理論意味著暗物質(zhì)并不那么神秘，它只能算是一種叫做中微子的幽靈粒子的新味道--只能存在于這種宇宙中。并且該理論意味著沒有必要在大爆炸后不久出現(xiàn)一個“膨脹”時期，進而迅速擴大年輕宇宙的規(guī)模。

如果情況屬實，那么未來尋找引力波或確定中微子質(zhì)量的實驗就能一勞永逸地回答這種鏡像反宇宙是否存在。

保持對稱性

物理學家已經(jīng)確定了自然界中的一組基本對稱性。三個最重要的對稱性是：電荷、奇偶性和時間。

物理相互作用在大多數(shù)時候都遵守這些對稱性，這意味著有時存在違反現(xiàn)象。但物理學家從未觀察到同時違反所有三個對稱性的組合的情況。如果你把自然界中觀察到的每一個相互作用都翻轉(zhuǎn)一下電荷、取其鏡像并在時間上向后運行，這些相互作用的行為是完全一樣的。

這種基本的對稱性被賦予了一個名字：CPT對稱性，它們分別代表了電荷(C)、奇偶性(P)和時間(T)。

在最近被接受發(fā)表在《Annals of Physics》雜志上的一篇新論文中，科學家們提議擴展這種組合對稱性。通常這種對稱性只適用于相互作用--構(gòu)成宇宙物理學的力和場。但也許，如果這是一個令人難以置信的重要的對稱性，那么它適用于整個整個宇宙本身。換言之，這個想法將這種對稱性從只適用于宇宙的“演員”（力和場）擴展到“舞臺”本身，即宇宙的整個物理對象。

創(chuàng)造暗物質(zhì)

我們生活在一個膨脹的宇宙中。這個宇宙充滿了很多粒子，做著很多有趣的事情，宇宙的演變在時間上向前推進。如果我們把CPT對稱性的概念擴展到我們的整個宇宙，那么我們對宇宙的看法就不可能是全貌。

相反，必須有更多。為了保持整個宇宙的CPT對稱性，必須有一個鏡像的宇宙來平衡我們的宇宙。這個宇宙將擁有所有跟我們相反的電荷、在鏡像中被翻轉(zhuǎn)并在時間上向后運行。我們的宇宙只是雙胞胎中的一個。總的來說，這兩個宇宙遵守CPT對稱性。

研究人員接下來會提出這樣一個問題--這樣一個宇宙會有什么后果。

對此，他們發(fā)現(xiàn)了許多奇妙的事情。

首先，一個尊重CPT的宇宙會自然地膨脹并以粒子填充自身，而不需要一個被長期理論化的快速膨脹期，即通貨膨脹。雖然有很多證據(jù)表明發(fā)生了像通貨膨脹這樣的事件，但該事件的理論圖景卻令人難以置信地模糊。它是如此模糊以至于有足夠的空間來提出可行的替代方案。

第二，一個尊重CPT的宇宙會在其中加入一些額外的中微子。有三種已知的中微子的味道：電子中微子、μ介子中微子和陶氏中微子。奇怪的是，這三種中微子的味道都是左手的（指其自旋相對于其運動的方向）。物理學上已知的所有其他粒子都有左手和右手的種類，因此物理學家長期以來一直想知道是否存在額外的右手中微子。

一個尊重CPT的宇宙將要求至少有一個右手中微子物種的存在。這個物種對于物理學實驗來說基本上是不可見的，只是通過引力影響宇宙的其他部分。

但一個充斥著宇宙的看不見的粒子并只通過引力進行互動聽起來很像暗物質(zhì)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，遵守CPT對稱性的條件將使我們的宇宙充滿右手中微子，這足以說明暗物質(zhì)的情況。

鏡像里的預測

我們永遠無法接觸到我們的孿生兄弟--CPT鏡像宇宙，因為它存在于我們的大爆炸“背后”，在我們宇宙開始之前。但這并不意味著我們無法測試這個想法。

研究人員發(fā)現(xiàn)了這個想法的一些觀察結(jié)果。首先，他們預測三個已知的左手中微子種類應(yīng)該都是馬約拉納粒子，這意味著它們是自己的反粒子。截至目前，物理學家還不確定中微子是否具有這一特性。

此外，他們預測其中一個中微子種類應(yīng)該是無質(zhì)量的。目前，物理學家只能對中微子的質(zhì)量進行上限判斷。如果物理學家能夠最終測量出中微子的質(zhì)量并且其中一個確實是無質(zhì)量的，那么這將大大支持CPT對稱宇宙的想法。

最后，在這個模型中，膨脹的事件從未發(fā)生。相反，宇宙自己自然地充滿了粒子。物理學家認為，膨脹對時空的震動程度非常大，以至于引力波充斥著整個宇宙。許多實驗都在尋找這些原始的引力波。但在一個CPT對稱的宇宙中不應(yīng)該存在這種波。因此，如果那些對原始引力波的搜索結(jié)果是空的，則可能是一個線索，這表明這個CPT-鏡像宇宙模型是正確的。

關(guān)鍵詞：物理學家相互作用研究人員