疯狂的新理论：大爆炸之前可能存在一个时间倒流的孪生宇宙

新浪科技讯 北京时间3月21日消息，据国外媒体报道，一个疯狂的新理论认为，大爆炸之前可能存在着另一个时间倒流的“反宇宙”，而这个“反宇宙”或许可以解释暗物质和宇宙暴胀。

该理论认为，早期宇宙极小、极热、密度极大，而且如此均匀，以至于其前后时间看起来都是对称的。如果该理论成立，那将意味着暗物质并不是现在看起来的那么神秘，而只是中微子的一种新的“味”。中微子又被称为“幽灵粒子”，只能存在于这样的宇宙中；而中微子的味代表了其不同的量子数，现在已知有三种味的中微子：电中微子、μ中微子和τ中微子。该理论还暗示，大爆炸后不久可能并不需要所谓的“暴胀”时期，使年轻宇宙的体积迅速扩大。

如果确实如此，那么未来科学家有望通过寻找引力波或确定中微子质量的实验，一劳永逸地回答镜像“反宇宙”是否存在的问题。

保持对称

物理学家已经在自然界中发现了一些基本的对称性。其中，最重要的三种对称是：电荷（如果将参与相互作用的所有粒子的电荷翻转为相反的电荷，结果仍将是相同的相互作用）；宇称（观察相互作用的镜像，会得到相同的结果）；时间（如果在时间上反演某个相互作用，它看起来是一样的）。

物理学上的相互作用在大多数时候都符合这些对称性，但也会出现例外。不过，物理学家从未观察到这三种对称同时被破坏的情况。如果你将自然界中观察到的每一种相互作用的物理量，包括电荷（C）、时间（T）和宇称（P），一起进行反向翻转，会发现这些相互作用的行为完全相同。

这组基本对称被称为CPT对称。在最近被《物理年鉴》（Annals of Physics）杂志接受发表的一篇新论文中，研究作者提议对这组对称进行扩展。通常情况下，CPT对称只适用于相互作用，即构成宇宙物理的力和场。但如果这是一种非常重要的对称性，那它可能适用于整个宇宙本身。换句话说，这个提议是将这种对称性从适用于宇宙的“演员”（力和场）扩展到“舞台”本身，即宇宙的整个物理对象。

暗物质的产生

我们生活在一个不断膨胀的宇宙中。这个宇宙充满了大量粒子，发生着无数有趣的变化，而宇宙也随着时间的推移而向前不断演化。如果我们将CPT对称的概念扩展到整个宇宙，那么我们目前对宇宙的了解可能就很不完整了。

因此，为了在整个宇宙中保持CPT对称，就必须有一个镜像宇宙来平衡我们所处的这个宇宙。这个宇宙拥有相反的电荷，与我们的宇宙镜像翻转，并且在时间上反演。可以说，这是我们所处宇宙的“孪生宇宙”，而且这两个宇宙都遵循CPT对称。

研究人员接下来的问题是，如果存在这样一个宇宙，会导致什么结果呢？他们有了许多奇妙的发现。

首先，一个遵循CPT对称的宇宙会自然地膨胀，并充满粒子，而不需要所谓的“暴胀”时期。暴胀理论最早于1980年由美国物理学家阿兰·古斯提出，指的是早期宇宙一段空间膨胀呈加速度状态的过程。尽管有很多证据表明，像暴胀这样的事件可能确实发生过，但对该过程的理论描述却非常模糊，以至于科学家还有足够的余地提出可行的替代方案。

其次，一个遵循CPT对称的宇宙会增加一些额外的中微子。一个让科学家感到困惑的问题是，三种已知的中微子（电中微子、μ中微子和τ中微子）都是左旋的（指其自旋相对于其运动的方向）。物理学已知的所有其他粒子都有左旋和右旋的变体，因此物理学家们一直想知道是否存在右旋中微子。

一个遵循CPT对称的宇宙需要至少存在一种右旋中微子。但在物理实验中，我们基本上看不到这种中微子，它只会通过引力影响宇宙的其他部分。一种不可见的粒子充斥宇宙，并且只通过引力相互作用，这听起来很像暗物质。

研究人员发现，遵循CPT对称的条件会使我们的宇宙充满右旋中微子，这可能就足以解释暗物质的存在。

镜像宇宙的预言

我们永远无法接触到这个“孪生宇宙”，或者说CPT镜像宇宙，因为它存在于大爆炸“之后”，我们的宇宙开始之前。但是，这并不意味着我们不能验证这一想法。

研究人员发现，一些观察结果或许能支持这个想法。首先，他们预测，已知的3种左手性中微子应该都是马约拉纳粒子，意味着它们都是自己的反粒子（这与电子等普通粒子不同，电子具有对应的反物质，称为正电子）。就目前而言，物理学家还不确定中微子是否具有这种特性。

此外，他们预测其中一种中微子应该是无质量的。目前，物理学家只能对中微子的质量设定上限。如果他们最终能够测量中微子的质量，而且其中一种中微子确实是无质量的，那将极大地支持CPT对称宇宙的观点。

最后，在这个模型中，暴胀事件从未发生过。相反，宇宙本身充满了粒子。物理学家认为，暴胀极大地震动了时空，以至于引力波充斥整个宇宙。许多实验都在寻找这些原始的引力波。但在CPT对称宇宙中，不应该存在这样的引力波。因此，如果那些对原始引力波的搜索结果最终毫无收获，那可能就意味着CPT镜像宇宙模型是正确的。（任天）