Новая теория предполагает существование двойника нашей Вселенной. Очень необычного двойника.
Новая теория об альтернативной вселенной была опубликована в журнале Annals of Physics. Идея, выдвинутая физиками, предполагает, что ранняя Вселенная была маленькой, горячей, плотной и настолько однородной, что время там было симметрично в своем движении вперед и назад.
Физики определили набор фундаментальных симметрий в природе. Это так называемая СРТ-инвариантность – фундаментальная симметрия физических законов при преобразованиях, включающих одновременную инверсию зарядового сопряжения, четности и времени. Это означает, что, если вы поменяете местами заряды всех частиц, участвующих во взаимодействии, на их противоположные заряды, вы получите такое же взаимодействие. Также, если вы посмотрите на зеркальное отражение взаимодействия, вы получите тот же результат и, наконец, если вы прокрутите взаимодействие назад во времени, оно будет выглядеть так же.
В силу CPT-теоремы доказывается строгое соответствие между веществом и антивеществом. В частности, у частицы и античастицы точно равны масса и магнитный момент, их электрические заряды равны по модулю и противоположны по знаку, а спины равны по модулю и противоположны по направлению.
В новой статье ученые предлагают расширить эту комбинированную симметрию. Обычно такая симметрия применима только к взаимодействиям – силам и полям, составляющим физику космоса. Но может ее получится применить ко всей Вселенной? Другими словами, эта идея расширяет симметрию от применения только к «актерам» Вселенной (силам и полям) до самой «сцены» – всего физического объекта Вселенной.
Мы живем в расширяющейся Вселенной. Она заполнена множеством частиц и движется вперед во времени. Если мы распространим концепцию симметрии CPT на весь наш космос, то значит, что должен существовать такой же зеркальный космос, который уравновешивает наш собственный. Этот космос имел бы противоположные заряды, был бы перевернут зеркально и двигался бы назад во времени.
Таким образом, наша Вселенная должна быть лишь одним из близнецов. Вместе взятые, две вселенные подчиняются СРТ-симметрии. Исследователи задались вопросом, каковы были бы последствия в такой Вселенной.
Во-первых, вселенная с симметрией CPT естественным образом расширяется и заполняется частицами без необходимости в инфляционной модели расширения.
Во-вторых, вселенная, «уважающая» СРТ, добавит в смесь несколько дополнительных нейтрино. Есть три известных разновидности (аромата) нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино. Как ни странно, все три из них являются левосторонними (имеется в виду направление их вращения относительно движения).
Все другие частицы, известные физике, имеют как левые, так и правые разновидности, поэтому физики давно задавались вопросом, существуют ли дополнительные правосторонние нейтрино. Вселенная с CPT потребовала бы существования по крайней мере одного правостороннего вида нейтрино. Исследователи обнаружили, что условия, налагаемые соблюдением СРТ-симметрии, заполнили бы нашу Вселенную правыми нейтрино, достаточными для образования темной материи.
Ученые говорят, что мы никогда не сможем достичь нашего близнеца, потому что эта Вселенная существует «за» Большим Взрывом, до начала нашего космоса. Но это не значит, что мы не можем проверить эту идею.
Исследователи обнаружили несколько следствий их гипотезы, которые теоретически возможно наблюдать. 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, ученые предсказывают, что один из видов нейтрино не должен обладать массой. В настоящее время физики могут установить только верхние пределы массы нейтрино. Если они смогут окончательно измерить массы нейтрино, и одно из них действительно не имеет массы, это значительно укрепит идею СРТ-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.
В поисках этих первичных гравитационных волн проводится множество экспериментов. Но в СРТ-симметричной Вселенной таких волн быть не должно. Так что, если поиски первичных гравитационных волн окажутся безрезультатными – это может быть важной подсказкой. Подсказкой, что предложенная модель СРТ-зеркальной Вселенной верна.