大爆炸或形成鏡像宇宙：需使時間倒流

宇宙學中的最大謎團之一，是宇宙為何大部分是由物質而非反物質組成的。在大爆炸發生時，產生了大致相等的物質和反物質，然後它們大部分都湮滅了。但在宇宙中的某處，是否存在著由反物質構成的「鏡像宇宙」，在那裡一切都是反的?

反物質理論是由保羅·迪拉克於 1928 年提出的，他當時認識到，量子物理的一大要義是，電子也可以帶正電荷。4 年後，卡爾·D·安德森便發現了這樣的粒子，並將其命名為「正電子」。我們相信他明顯是在抵制迪拉克，所以沒有把這種粒子命名為「迪拉克子」。結果「迪拉克子」後來成了一個巨型日本機器人的名字。

反粒子是在高能粒子對撞中產生的，這種事情會在宇宙中自然而然地發生，也可以用粒子加速器人為地進行製造。我們甚至可以在宇宙中檢測到物質和反物質相撞後產生的湮滅現象。

物理學家已經發現了一系列的反粒子，包括反中子、反質子、反氫、反氦等。他們很自然地想到，如果宇宙的平衡被翻轉將會發生什麼?如果宇宙大部分是由反物質構成又會怎樣?宇宙是否還會照常運轉?是否會出現由反物質構成的恆星、行星，甚至是由反物質構成的人?

鏡像宇宙違反物理學法則?

在物理方程中用反物質取代物質，被稱為「電荷共軛」。而其結果並非那麼簡單。假如你反轉所有粒子的電荷，宇宙的演化方式和原來其實是不一樣的。

為了解決這個問題，物理學家思考過鏡像宇宙存在的可能性。在鏡像宇宙中，粒子的行為與我們的宇宙互為鏡像。所有的一切都是相反的，自旋、電荷、速度、運轉。這被稱為「宇稱反轉(parity inversion)」。結果如何呢?

答案又是否定的。雖然幾乎可以算通，但是支配著原子核衰變的弱核作用力導致其最終失敗。在鏡像宇宙中，弱核作用力拖了後腿。宇稱在弱核作用力下是不守恆的。

假如你同時反轉電荷和宇稱呢?假如鏡像宇宙中存在反物質呢?這被物理學家稱為「電荷宇稱對稱」。但詹姆斯·克羅寧和瓦爾·菲奇曾於 1964 年做過一個實驗，結果表明也不可能。一個鏡像反物質宇宙，沒有辦法按照我們的物理學法則演化。這個實驗還贏得了 1980 年的諾貝爾獎金。

現在物理學家只剩下最後一招了。假如我們把時間也反轉，同時一切又由反物質構成並處於鏡像之中，那這個對稱就完美了。所有物理基礎都會被保留，得到的便是一個看上去完全相同的宇宙。

這表明我們也許就生活在一個鏡像宇宙中，只要你反轉每個粒子的電荷，並使時間倒流即可。如果你這麼幹了，那它其實與我們實際生活的這個宇宙是無法分辨的。

研究稱大爆炸或形成鏡像宇宙：時間反向運行

大爆炸發生後，物質逐漸形成結構，行星，恆星和星系逐漸出現。時間的箭頭永遠指向前方。而最近的一項新理論認為大爆炸時還形成了一個「鏡像宇宙」，它擁有相對我們而言「反向」的時間。

這項新的研究嘗試回答有關時間箭頭方向的問題——也即是有關「時間對稱性」的問題。

當時間對於我們的感知而言正向前流逝時，在鏡像宇宙中的智慧生命看來，我們的時間其實正在倒流。然而，這兩個宇宙都擁有相同的開端——大爆炸。然而必須指出的是這兩個宇宙中的情況可能已經完全不同，只是時間上呈現對稱性而已。

時間的不可逆性在過去超過一個世紀的時間裡一直困擾著科學家們。但最近科學家們發展出一套新的理論，有望幫助回答其中的一些問題——至少是那些有關時間的開端以及在那「之前」究竟發生了什麼的問題。

該理論認為，當大爆炸發生時產生了一個與我們的宇宙相同的「鏡像宇宙」並在大爆炸的瞬間朝相反的方向膨脹——而分別生活在這兩個世界中的智慧生物在感知上會認為對方都在朝著時間軸的反方向前行。

這一看上去相當極端的理論是由英國的朱利安·巴伯(Julian Barbour)博士，加拿大新布倫瑞克大學的蒂姆·科斯洛夫斯基(Tim Koslowski)博士以及加拿大圓周理論物理研究所的弗拉維奧·莫卡提(Flavio Mercati)博士共同提出來的。

他們的這項研究旨在解決有關「時間箭頭」的問題，其理論核心觀點便是認為時間是對稱的，而所有事物都沿時間軸朝前發展。他們指出，在大爆炸發生的時刻產生了兩個而不是一個宇宙，並分別沿著相反的時間方向發展。

巴伯表示：「時間是一個謎團。基本上來說，不管何時，所有已知的物理學理論基本都是相同的。並且，在我們生活的世界中，一切都只會沿著時間朝一個方向發展。」他說：「宇宙正在膨脹，我們會變老，秩序似乎正在增加，至少在我們的身邊情況似乎是如此。」

巴伯博士用放置在水杯中正在融化的冰塊來比喻宇宙從有序向無序的發展——或者用更專業的話來說：熵的增加。他指出，這個問題到19世紀末期開始引起關切，當時人們認為宇宙最終將在一場「熱寂」中終結——也就是宇宙各處的溫度變得一樣，就像水杯中冰塊的最終命運。

然而如果將引力的影響考慮進來，似乎這一理論就不再能站住腳了——引力理論還能解釋宇宙狂暴的開端。

為《科學美國人》撰稿的李·比林斯(Lee Billings)表示：「於是，純粹的引力便為整個系統的膨脹以及時間箭頭的起源搭建起了舞台。」

在一個僅僅包含100個粒子的簡單模型中，研究人員表示他們的理論表明，如果你在時間軸中反向前行——朝著無序的方向前進，你最終將會穿過大爆炸的點，並進入另外一個「鏡像宇宙」。

那個宇宙可能並不會與我們所在的這個宇宙完全相同，它或許已經經歷了自身的發展和演化，因而已經與我們的這個宇宙完全不同。然而那裡卻應當擁有與我們宇宙中相同的物理學定律，因此那裡也應該會存在行星，恆星和星系，就像我們所見的宇宙。

巴伯博士將這個模式比作一個蜂群，隨著時間推移，宇宙從初期的混亂的「蜂群」狀態逐漸演變成為一個擁有結構和秩序的宇宙。他指出：「如果你將這個簡單模型中的蜂群視作大爆炸的點，但從另外一個方向爆發出來，你就會發現存在兩個時間軸，分別指向相反的方向。其中一個箭頭指向前方，而另一個箭頭則指向相反方向。如果你將時間定義為秩序增加的方向，那麼你永遠都會得到兩個相反的方向，而它們的中間是處於最為無序狀態的區域。」

他認為這是思考大爆炸理論的一種嶄新視角。他說：「每當人們談論起大爆炸時，他們往往就會把手一攤，絕望地表示他們無法知道大爆炸的時刻究竟發生了什麼。而現在，我們的工作則是一個開端，向人們證明，實際上我們還可以比這做得更多。」

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