جهان ما ممکن است همزادی داشته باشد که در زمان به عقب برمی‌گردد

براساس نظریه‌ای جدید، ممکن است جهانی آینه‌ای موسوم به آنتی یونیورس قبل از بیگ‌بنگ وجود داشته باشد که در زمان به عقب حرکت می‌کند. درصورتی‌که این فرضیه حقیقت داشته باشد، ماده‌ی تاریک دیگر اسرارآمیز نیست؛ بلکه صرفاً ماده‌‌ی ذره‌ای شبح‌وار موسوم به نوترینو است که در این جهان وجود دارد.

همچنین در‌صورت اثبات این نظریه، به نظریه‌ی تورم کیهانی نیازی نیست که بلافاصله پس از بیگ‌بنگ باعث افزایش اندازه‌ی جهان شد. درصورت واقعی‌بودن فرضیه‌ی جهان آینه‌ای، آزمایش‌های آینده به شکار امواج گرانشی و اندازه‌گیری جرم نوترینو اختصاص خواهد یافت و می‌تواند پاسخی را برای وجود آنتی‌یونیورس ارائه کنند.

فیزیک‌دانان مجموعه‌ای از تقارن‌های بنیادی را در طبیعت یافته‌اند. سه نمونه از مهم‌ترین تقارن‌ها عبارت‌اند از: بار الکتریکی (اگر بار الکتریکی تمام ذرات درگیر در یک برهم‌کنش را وارونه کنید، به برهم‌کنش یکسان خواهید رسید) و زوجیت (اگر به تصویر آینه‌ای برهم‌کنش نگاه کنید، به نتیجه‌ی مشابه می‌رسید) و زمان (اگر برهم‌کنشی را در زمان به عقب برگردانید، بدون تغییر به‌نظر می‌آید).

برهم‌کنش‌های فیزیکی اغلب اوقات از سه تقارن مذکور تبعیت می‌کنند؛ درنتیجه گاهی تناقض‌هایی به‌وجود می‌آیند؛ اما فیزیک‌دانان هرگز نقض ترکیب سه تقارن را هم‌زمان مشاهده نکرده‌اند. اگر هر برهم‌کنش یکسان در طبیعت را بردارید و بارهای الکتریکی آن را وارونه کنید، به تصویری آینه‌ای می‌رسید و اگر در زمان به عقب برگردید، برهم‌کنش‌ها دقیقاً رفتار یکسانی را خواهند کرد. این تقارن بنیادی نام مشخصی دارد: تقارن CPT؛ C حرف اول Charge یا بار الکتریکی و P حرف اول زوجیت یا Parity و T حرف اول Time یا زمان.

دانشمندان در مقاله‌ای جدید که به‌تازگی برای انتشار در مجله‌ی Annals of Physics پذیرفته شده است، توسعه‌ی تقارن ترکیبی CPT را پیشنهاد دادند. معمولاً این تقارن فقط بر برهم‌کنش‌هایی اعمال می‌شود که شامل نیروها و میدان‌های تشکیل‌دهنده‌ی فیزیک کیهانی هستند؛ اما شاید بتوان این تقارن را بر کل جهان اعمال کرد. به بیان دیگر، این ایده تقارن را از پیاده‌سازی بر بازیگران جهان (نیروهای میدان‌ها) به خود وضعیت سوق می‌دهد که همان جهان کامل است.

ما در جهانی در حال انبساط زندگی می‌کنیم. این جهان پر از ذراتی با ویژگی‌های جذاب است و ازنظر تکاملی، در زمان به جلو می‌رود. اگر مفهوم تقارن CPT را به کل کیهان تعمیم دهیم، متوجه می‌شویم دیدگاه فعلی‌مان درباره‌ی جهان کامل نیست و جهان بسیار فراتر از آن است.

برای حفظ تقارن CPT در کیهان، باید کیهانی آینه‌ای وجود داشته باشد که کیهان ما را متعادل سازد. این کیهان می‌تواند تمام بارهای مخالف جهان ما را داشته باشد که مانند آینه برعکس شده‌اند و در زمان نیز به عقب می‌رود. جهان ما یکی از دوقلوهایی است که همراه همزاد دیگر خود تابع قانون CPT است.

اگر جهان همزادی داشته باشد که در زمان به عقب حرکت کند، دانشمندان می‌توانند ماهیت ماده‌ی تاریک را توصیف کنند.

پژوهشگران در مرحله‌ی بعدی پیامدهای جهان متقارن را بررسی کردند و به نتایج شگفت‌انگیزی رسیدند. در درجه‌ی اول، جهان CPT به‌صورت طبیعی منبسط و با ذرات پر می‌شود و دیگر به نظریه‌ی انبساط سریع موسوم به تورم کیهانی نیازی ندارد. با اینکه شواهد زیادی برای وقوع تورم کیهانی وجود دارند، چشم‌انداز تئوری این رویداد به‌شدت مبهم است؛ به‌طوری‌که فضای زیادی برای جایگزین‌های پایدار وجود دارد.

در درجه‌ی دوم، جهان CPT نوترینوهای بیشتری را به ترکیب اضافه می‌کند. سه نوع ماده‌ی نوترینویی شناخته شده‌اند: الکترون نوترینو و میون نوتیرنو و تاو نوترینو. به‌طور عجیبی هر سه نوع نوترینو چپ‌دست هستند (اشاره به جهت چرخش نسبت به حرکت). تمام ذرات دیگر شناخته‌شده در فیزیک می‌توانند هم‌زمان چپ‌دست و راست‌دست باشند؛ درنتیجه فیزیک‌دانان گمان می‌کنند نوترینوهای راست‌دستی هم وجود دارند.

ما هرگز به جهان دوقلوی خود یا جهان آینه‌ای CPT دسترسی نخواهیم داشت؛ زیرا این جهان در آن‌سوی بیگ‌بنگ و قبل از شروع کیهان ما قرار دارد؛ اما بدین‌معنی نیست که نمی‌توان این فرضیه را آزمایش کرد. پژوهشگران به پیامدهای عینی این فرضیه پی‌ برده‌اند.

در درجه‌ی اول، پیش‌بینی می‌کنند که سه گونه‌ی نوترینو چپ‌دست شناخته‌شده از نوع ذرات مایورانا هستند؛ یعنی پادذرات خود هستند و دقیقاً نقطه‌ی مقابل ذرات عادی مثل الکترون قرار می‌گیرند که همتایان پادماده‌ی آن‌ها پوزیترون‌ها هستند. در‌حال‌حاضر، فیزیک‌دانان مطمئن نیستند که نوترینوها این ویژگی را دارند یا خیر.

علاوه‌بر‌این، براساس پیش‌بینی‌ها یکی از گونه‌های نوترینویی می‌تواند بدون جرم باشد. در‌حال‌حاضر، فیزیک‌دانان، تنها کران‌های بالایی را برای جرم نوترینوها تعیین کرده‌اند و اگر بتوانند جرم نوترینوها را اندازه‌ بگیرند؛ به‌طوری‌که یکی از آن‌ها بدون جرم باشند، می‌توانند فرضیه‌ی جهان متقارن CPT را توسعه دهند.

در نهایت، در مدل CPT رویداد تورم کیهانی هرگز رخ نمی‌دهد؛ بلکه جهان به‌صورت طبیعی با ذرات پر شده است. به‌باور فیزیک‌دانان، تورم به‌اندازه‌ای به فضازمان ضربه وارد کرده که کل کیهان با امواج گرانشی پر شده است. بسیاری از آزمایش‌ها به شکار امواج گرانشی آغازین اختصاص دارند؛ اما در جهان CPT، چنین امواجی نباید وجود داشته باشند. درنتیجه، اگر جست‌وجوی امواج گرانشی آغازین بی‌نتیجه بمانند، سرنخی برای مدل جهان آینه‌ای CPT به‌دست می‌آید.