物理學家提出有反方向時間的鏡像宇宙

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想像一下,在死後醒來,接著經歷自己年老的歲月,直到變得夠年輕來擁有一份工作,然後希望有一天能上大學。這就像是在「鏡像(mirror)」宇宙中的生命,和我們的宇宙完全相反的。根據兩組物理學家表示,我們的宇宙可能有一個雙胞胎,時間在那裡是向後移動的。

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當然,這還全都是理論而已。但這個理論回答了物理學一直在努力解決的一些基本問題。一個問題是,如果在大爆炸期間,宇宙是由等量的物質和反物質所組成,那麼所有的反物質在哪裡呢

Paul Dirac在1928年首先提出反物質。從那時起,物理學家發現一連串的反粒子。這些反粒子是出現在宇宙其他地方的高能量碰撞期間,而且也出現在粒子加速器內,例如歐洲核子研究組織(CERN)的大型強子對撞機。

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反物質出現歐洲核子研究組織(CERN)的大型強子對撞機(LHC)實驗但在自然界中,它是很奇怪地消失不見

在1964年的一項實驗中,James Cronin和Val Fitch證明,由於弱核力違反這個模型的簡單理由,你無法有一個反物質宇宙。有一段時間大家也都認為是這樣子。

然後在2004年,加州理工學院的兩位科學家,Sean Carroll教授和他的研究生Jennifer Chen,藉由試圖解決另一個基本物理學問題,為什麼時間只是在一個方向移動,重啟了鏡像宇宙理論?

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在調查過程中,他們最後創造出一個向兩個相反方向射出的大爆炸模型。在我們的宇宙,一切都是由物質組成,而在鏡像宇宙,則是反物質。

當時間在一個宇宙中朝著一個方向前進時,它在另一個宇宙則會向後移動。但從鏡像宇宙來看,時間在我們的宇宙會像是向後移動,這就讓人想要提出一個問題,究竟誰才是在向後移動的宇宙裡,是我們還是他們?

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一般來說,當我們談到時間時,我們會考慮熱力學第二定律(Second Law of Thermodynamics),特別是熵(entropy)。這是在一個系統中,最終會瓦解系統的混亂的量,無論是引擎、電腦、恆星 還是人體。熵會以指數式來增加,直到它遲早把整個系統消耗為止。但Carroll和Chen決定專注在重力,而不是熵。

只研究1千個粒子,並使用牛頓物理學,他們能夠證明這種雙重宇宙理論是可能的。他們的模型甚至說明了弱核力。從此,兩組科學家更深入研究這一點。

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物理學家一直想知道為什麼宇宙只在一個方向行進。

2014年,一組團隊在物理評論通訊期刊(Physical Review Letters)上發表他們的研究成果。三位科學家,英國牛津大學的Julian Barbour、來自加拿大新伯倫瑞克大學(University of New Brunswick)的Tim Koslowski、以及圓周理論物理研究所(Perimeter Institute for Theoretical Physics)的Flavio Mercati,展開合作計畫。根據重力而非熱力學,他們研究一個相類似、獨立性、1千個粒子的系統。

這個模型顯示重力從所謂的「傑納斯點(Janus point)」向兩個方向擴張,傑納斯是羅馬兩面神的名字。在這裡,熵是我們體驗時間如何永遠向前行進,在物理學中被稱為「時間之箭(arrow of time)」。根據Barbour,如果你把時間當作是一種自然現象,而不是一個預先存在的力,它會不斷湧入到兩個不同的方向,他聲稱這個現象會在電腦模型中自發地出現。

因此,那些在鏡像宇宙中的人會像我們一樣體驗他們的生活,但細微的差異可能導致事情的結果與我們的時代完全不同。那麼,你能走進應該存在的鏡像宇宙嗎?根據Mercati,不能。這兩個時代從這個中心點不斷地流出,然後,在一個宇宙中的生命永遠不會意識到在另一個宇宙的生命。

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即使有鏡像宇宙,你也永遠無法跨越傑那斯點(Janus point)。

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自從開創性的發表以來,Carroll博士建立起自己的理論。今天,他在加州理工學院與在麻省理工學院(MIT)的同事Alan Guth合作。Carroll和Guth聲稱這個模型現在更加精緻。

一個理由,它不依賴於重力。它只根據熱力學來運作。當解釋粒子穿越無限的空間而不是獨立系統時,它甚至可以順利地運作。

Guth告訴新科學人雜誌(New Scientist):「我們把它稱為時間的雙面箭(two-headed arrow of time),因為物理學定律是不變的,我們在另一個方向看見完全一樣的東西。」在這個觀點下,我們的宇宙和它的鏡像,可能已經從一個宇宙母體(parent universe)誕生。

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他們的結論還未發表。一個問題是,這個模型只被證明在古典物理學起作用。是否與量子力學或甚至廣義相對論相符,沒有人知道。另一個問題是,它沒有結合宇宙基本力,重力。研究人員甚至不確定他們提出的確切結構。

Carroll說:「與其從一條河流分出兩條溪流,它可能更像是一個有很多對泉水的噴泉,或者只是一大堆泉水以不同的方向流出噴泉。」或許我們的時代真的是一個更大的多元宇宙的一部分,每一個個別的宇宙都有它自己的相反鏡像,一個讓人考慮到的迷人前景。

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