镜像宇宙是否存在?需使时间倒流
【奇闻快递】9月3日消息,宇宙学中的最大谜团之一,是宇宙为何大部分是由物质而非反物质组成的。在大爆炸发生时,产生了大致相等的物质和反物质,然后它们大部分都湮灭了。但在宇宙中的某处,是否存在着由反物质构成的“镜像宇宙”,在那里一切都是反的?
反物质理论是由保罗·迪拉克于 1928 年提出的,他当时认识到,量子物理的一大要义是,电子也可以带正电荷。4 年后,卡尔·D·安德森便发现了这样的粒子,并将其命名为“正电子”。我们相信他明显是在抵制迪拉克,所以没有把这种粒子命名为“迪拉克子”。结果“迪拉克子”后来成了一个巨型日本机器人的名字。
反粒子是在高能粒子对撞中产生的,这种事情会在宇宙中自然地发生,也可以用粒子加速器人为地进行制造。我们甚至可以在宇宙中检测到物质和反物质相撞后产生的湮灭现象。
物理学家已经发现了一系列的反粒子,包括反中子、反质子、反氢、反氦等。他们很自然地想到,如果宇宙的平衡被翻转将会发生什么?如果宇宙大部分是由反物质构成又会怎样?宇宙是否还会照常运转?是否会出现由反物质构成的恒星、行星,甚至是由反物质构成的人?
镜像宇宙违反物理学法则?
在物理方程中用反物质取代物质,被称为“电荷共轭”。而其结果并非那么简单。假如你反转所有粒子的电荷,宇宙的演化方式和原来其实是不一样的。
为了解决这个问题,物理学家思考过镜像宇宙存在的可能性。在镜像宇宙中,粒子的行为与我们的宇宙互为镜像。所有的一切都是相反的,自旋、电荷、速度、运转。这被称为“宇称反转(parity inversion)”。结果如何呢?
答案又是否定的。虽然几乎可以算通,支配着原子核衰变的弱核作用力导致其最终失败。在镜像宇宙中,弱核作用力拖了后腿。宇称在弱核作用力下是不守恒的。
假如你反转电荷和宇称呢?假如镜像宇宙中存在反物质呢?这被物理学家称为“电荷宇称对称”。但詹姆斯·克罗宁和瓦尔·菲奇曾于 1964 年做过一个实验,结果表明也不可能。一个镜像反物质宇宙,没有办法按照我们的物理学法则演化。这个实验还赢得了 1980 年的诺贝尔奖金。
现在物理学家只剩下一招了。假如我们把时间也反转,一切又由反物质构成并处于镜像之中,那这个对称就完美了。所有物理基础都会被保留,得到的便是一个看上去完全相同的宇宙。
这表明我们也许就生活在一个镜像宇宙中,只要你反转每个粒子的电荷,并使时间倒流即可。如果你这么干了,那它其实与我们实际生活的这个宇宙是无法分辨的。
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