Наш Всесвіт може мати “близнюка” з дзеркальними властивостями – космос із протилежними зарядами, взаємодіями й плином часу. Ця теорія, котру висунули фізики, звучить екзотично, та могла б відповісти на певні питання космології й фізики, зокрема про темну матерію, відсутність антиматерії та про те, чому досі відомі тільки лівоспіральні нейтрино.
По той бік Великого вибуху міг виникнути дзеркальний Всесвіт з обернутими властивостями і зворотним часом – припускають деякі теоретичні фізики. Зображення: MMCD.
Згідно з багатьма теоріями, Великий вибух став початком всього. Проте вже це породжує чимало запитань: чому в нашому Всесвіті домінує матерія над антиматерією, чому матерія та випромінювання розподілені на диво рівномірно та, врешті, що могло спровокувати сам Великий вибух? Тож декотрі фізики допускають існування циклічного Всесвіту або іншого своєрідного Всесвіту, що існував до нашого.
Нові аргументи на користь такого “Великого відскоку” (“Big Bounce”) надали фізики з Інституту теоретичної фізики Периметр в Каналі, котрі працюють на чолі з Нейлем Туроком (Neil Turok). Вони дослідили, що станеться, якщо частинки та сили прийнятих правил симетрії застосувати до всього космосу, а не до його окремих складових.
Згідно з цим законом, всі взаємодії та частинки симетричні щодо заряду, часу та парності, тобто просторових конфігурацій і взаємодій. Тож для кожної частинки існує її античастинка, подібна на неї як відбиття в дзеркалі. Взаємодія цих частинок була б дзеркальною, навіть якби час пішов у зворотному напрямку.
А що було б, якби цій так званій CPT-інваріантності (від слів charge, parity, time) підкорявся цілий наш Всесвіт та його розвиток з моменту Великого вибуху? Тоді не тільки сили й частинки мали б свого двійника, а й сам Усесвіт.
Якщо так, то це мало б різні наслідки: “Всесвіт до Великого вибуху та після нього можна було б вважати парою Всесвіту та анти-Всесвіту”, – пояснив Турок та його команда. Великий вибух у такому разі був би початком не лише нашого космосу, а і його двійника – Всесвіту з протилежними показниками й зворотним плином часу. Обидва Всесвіти-близнюки разом мали б відповідати правилам CPT-інваріантності – те, що нашому Всесвіту поодинці не вдається.
Водночас інший Всесвіт міг би пояснити деякі відкриті питання прийнятої космологічної моделі: “Ми вважаємо, що цей сценарій – нове привабливе й економне пояснення цілої низки ключових ознак нашого Всесвіту”, – констатували фізики.
Наприклад: досі цілком невідомо, чому в нашому Всесвіті домінує матерія над антиматерією, адже за Великого вибуху обох мусило б виникнути однаково. Але якщо існує дзеркальний Усесвіт, це б збалансовувало таке разюче відхилення від правила симетрії: “Якщо у Всесвіті після Великого вибуху незначною мірою домінує матерія, то у Всесвіті, що існував до Великого вибуху, мала б злегка домінувати антиматерія”, – сказали Турок та його колеги. Так би відновилася попередня симетрія.
Існування дзеркального Всесвіту могло б також пояснити, як наш космос так швидко став таким великим і рівномірним. Зараз це намагаються пояснити космічною інфляцією – гіпотетичним, дуже швидшим експоненційним розширенням Всесвіту ще під час Великого вибуху. Якщо це зростання справді відбувалося, то мусило б спричинити турбулентність простору-часу, що своєю чергою мало б залишити сліди в космічному фоновому випромінюванні або первісних гравітаційних хвилях. Але досі, попри інтенсивні пошуки, вченим не вдалося знайти жодних свідчень такої інфляції.
Якщо ж Великий вибух був просто моментом утворення двох дзеркальних Усесвітів, тоді інфляція непотрібна, сказав Турок та його колеги. За такого переходу лише фізичних процесів було б достатньо для пояснення. “Певні аспекти, зокрема просту структуру та наповнення раннього Всесвіту, можна пояснити CPT-інваріантністю”, – сказали фізики.
Ще одне: досі залишається незрозуміло, чому в нашому космосі присутні тільки лівоспіральні нейтрино. Серед усіх інших елементарних частинок вдалося виявити як право-, так і лівоспіральні варіації. Натомість у трьох відомих видів нейтрино спін хоч і повертається в напрямку свого руху, але це завжди наліво. Якщо Всесвіт сам по собі CPT-інваріантний, то мусять існувати й правоспіральні нейтрино. Фізики кажуть, що так і є. Згідно з їхніми обрахунками, у CPT-інваріантному Всесвіті мусять існувати також три види правоспіральних нейтрино. Вони були би тяжчі, ніж уже відомі форми, і тільки один із них був би достатньо стабільний, щоб проіснувати донині. “Сам факт того, що Всесвіт перебуває в стані CPT-інваріантносі, зумовлює те, що частота цих нейтрино повинна бути ненульовою”, – пояснили фізики.
Цікаво, що процеси, котрі би стабілізували ці тяжкі правоспіральні нейтрино, водночас робили б їх невидимими для наших датчиків. З нормальною матерією вони можуть взаємодіяти лише через гравітацію. Ці гіпотетичні нейтрино мають такі ж ознаки, які приписують частинкам темної матерії – за ними полюють уже тривалий час. Насправді, згідно з однією з гіпотез, ці частинки могли би бути “стерильними” нейтрино. “Один із трьох правоспіральних нейтрино – це гарний кандидат на частинку темної матерії”, – констатували Турок та його колеги.
Згідно з їхніми обрахунками, такий нейтрино міг би пояснити щільність темної матерії, якби його маса становила близько 4,8×10⁸ гігаелектронвольт. Поки більшість астрофізиків вважають таку тяжку частинку темної матерії малоймовірною. Натомість схильні вважати частинку темної матерії легшою, ніж відомі нейтрино.
Поки ідея про дзеркальний Усесвіт – лише фізична теорія. Неможливо прямо довести існування цього недосяжного для нас космосу-близнюка. Проте Турок та його колеги вказують, які експериментальні дані могли би свідчити на користь CPT-інваріантності Всесвіту. Якщо один із трьох досі відомих нейтрино виявиться позбавленим маси, це стане доказом, і якщо котрийсь із них виявиться ферміоно Майорана – частинкою, що заразом є власною античастинкою. Якщо посилені пошуки не призведуть до виявлення первісних гравітаційних хвиль, це також може стати доказом, що дзеркальний Всесвіт існує.
Зараз учені хочуть доопрацювати свою модель CPT-симетричного Всесвіту й отримати чіткіше уявлення про те, як його існування вплинуло б на нашу космологію.
Nadja Podbregar
Leben wir in einem Spiegel-Universum?
American Physical Society, Preprint, 20.06.2022;
Зреферувала С.К.
24.06.2022