大爆炸或形成镜像宇宙：需使时间倒流宇宙学中的最大谜团之一

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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?

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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而然地发生，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。

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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，但是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。

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假如你同时反转电荷和宇称呢?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最后一招了。假如我们把时间也反转，同时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。

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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。

研究称大爆炸或形成镜像宇宙：时间反向运行

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大爆炸发生后，物质逐渐形成结构，行星，恒星和星系逐渐出现。时间的箭头永远指向前方。而最近的一项新理论认为大爆炸时还形成了一个“镜像宇宙”，它拥有相对我们而言“反向”的时间。

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这项新的研究尝试回答有关时间箭头方向的问题——也即是有关“时间对称性”的问题。

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当时间对于我们的感知而言正向前流逝时，在镜像宇宙中的智慧生命看来，我们的时间其实正在倒流。然而，这两个宇宙都拥有相同的开端——大爆炸。然而必须指出的是这两个宇宙中的情况可能已经完全不同，只是时间上呈现对称性而已。

时间的不可逆性在过去超过一个世纪的时间里一直困扰着科学家们。但最近科学家们发展出一套新的理论，有望帮助回答其中的一些问题——至少是那些有关时间的开端以及在那“之前”究竟发生了什么的问题。

该理论认为，当大爆炸发生时产生了一个与我们的宇宙相同的“镜像宇宙”并在大爆炸的瞬间朝相反的方向膨胀——而分别生活在这两个世界中的智慧生物在感知上会认为对方都在朝着时间轴的反方向前行。

这一看上去相当极端的理论是由英国的朱利安·巴伯(Julian Barbour)博士，加拿大新布伦瑞克大学的蒂姆·科斯洛夫斯基(Tim Koslowski)博士以及加拿大圆周理论物理研究所的弗拉维奥·莫卡提(Flavio Mercati)博士共同提出来的。

他们的这项研究旨在解决有关“时间箭头”的问题，其理论核心观点便是认为时间是对称的，而所有事物都沿时间轴朝前发展。他们指出，在大爆炸发生的时刻产生了两个而不是一个宇宙，并分别沿着相反的时间方向发展。

巴伯表示：“时间是一个谜团。基本上来说，不管何时，所有已知的物理学理论基本都是相同的。并且，在我们生活的世界中，一切都只会沿着时间朝一个方向发展。”他说：“宇宙正在膨胀，我们会变老，秩序似乎正在增加，至少在我们的身边情况似乎是如此。”

巴伯博士用放置在水杯中正在融化的冰块来比喻宇宙从有序向无序的发展——或者用更专业的话来说：熵的增加。他指出，这个问题到19世纪末期开始引起关切，当时人们认为宇宙最终将在一场“热寂”中终结——也就是宇宙各处的温度变得一样，就像水杯中冰块的最终命运。

然而如果将引力的影响考虑进来，似乎这一理论就不再能站住脚了——引力理论还能解释宇宙狂暴的开端。

为《科学美国人》撰稿的李·比林斯(Lee Billings)表示：“于是，纯粹的引力便为整个系统的膨胀以及时间箭头的起源搭建起了舞台。”

在一个仅仅包含100个粒子的简单模型中，研究人员表示他们的理论表明，如果你在时间轴中反向前行——朝着无序的方向前进，你最终将会穿过大爆炸的点，并进入另外一个“镜像宇宙”。

那个宇宙可能并不会与我们所在的这个宇宙完全相同，它或许已经经历了自身的发展和演化，因而已经与我们的这个宇宙完全不同。然而那里却应当拥有与我们宇宙中相同的物理学定律，因此那里也应该会存在行星，恒星和星系，就像我们所见的宇宙。

巴伯博士将这个模式比作一个蜂群，随着时间推移，宇宙从初期的混乱的“蜂群”状态逐渐演变成为一个拥有结构和秩序的宇宙。他指出：“如果你将这个简单模型中的蜂群视作大爆炸的点，但从另外一个方向爆发出来，你就会发现存在两个时间轴，分别指向相反的方向。其中一个箭头指向前方，而另一个箭头则指向相反方向。如果你将时间定义为秩序增加的方向，那么你永远都会得到两个相反的方向，而它们的中间是处于最为无序状态的区域。”

他认为这是思考大爆炸理论的一种崭新视角。他说：“每当人们谈论起大爆炸时，他们往往就会把手一摊，绝望地表示他们无法知道大爆炸的时刻究竟发生了什么。而现在，我们的工作则是一个开端，向人们证明，实际上我们还可以比这做得更多。”