جهان ما ممکن است دوقلویی داشته باشد که در زمان به عقب حرکت می‌کند

آنتی یونیورس یا جهان همزادی، نظریه‌ای جدید و شگفت‌انگیز است که می‌تواند مسئله‌ی ماده‌ی تاریک و تورم کیهانی را توجیه کند.

براساس این نظریه‌، ممکن است جهان دوقلویی داشته باشد که قبل از وقوع بیگ‌بنگ، در حال حرکت رو به عقب در زمان است. درصورتی که این فرضیه حقیقت داشته باشد، ماده‌ی تاریک دیگر اسرارآمیز و مرموز نیست؛ بلکه صرفاً ماده‌‌ی ذره‌ای شبح‌وار به اسم نوترینو است که در این جهان وجود دارد.

اگر این نظریه اثبات شود، فرضیه‌ی تورم کیهانی که بلافاصله پس از بیگ بنگ باعث افزایش اندازه‌ی جهان شد، کنار گذاشته خواهد شد. همچنین با اثبات این فرضیه، آزمایش‌های آینده به کشف امواج گرانشی و اندازه‌گیری جرم نوترینو اختصاص خواهد یافت و نتیجه این آزمایش‌ها می‌تواند پاسخی به این پرسش باشد که آیا جهان دوقلو وجود دارد یا خیر.

حفظ تقارن

فیزیک‌دانان مجموعه‌ای از تقارن‌های اصلی را در طبیعت یافته‌اند. سه نمونه از مهم‌ترین تقارن‌ها عبارت‌اند از: بار الکتریکی (اگر بار الکتریکی تمام ذرات درگیر در یک برهم‌کنش را به بار مخالف آنها برگردانید، به برهم‌کنش یکسان خواهید رسید)، 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 می‌رسد). اغلب برهم‌کنش‌های فیزیکی از این سه تقارن تبعیت می‌کنند و این امکان وجود دارد که گاهی تناقض‌هایی به‌وجود آید؛ 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 داشت. این تقارن بنیادی به تقارن CPT معروف است؛ (C) نماد بار الکتریکی، (P) نماد زوجیت و (T) نماد زمان است.

دانشمندان در مقاله‌ای جدید که در مجله Annals of Physics منتشر شده است، توسعه‌ی موضوع تقارن ترکیبی CPT را پیشنهاد دادند. به‌طور طبیعی این تقارن فقط بر تعامل‌هایی اعمال می‌شود که شامل نیروها و میدان‌های تشکیل‌دهنده‌ی فیزیک کیهانی هستند؛ اما ممکن است این تقارن بر کل جهان نیز اعمال شود. به عبارتی، این ایده تقارن را از پیاده‌سازی بر نیروهای میدان‌ها به خود وضعیت سوق می‌دهد که همان جهان کامل است.

ساخت ماده تاریک

ما در جهانی در حال گسترش زندگی می‌کنیم. این جهان پر از ذراتی با ویژگی‌های منحصر‌ به‌ فرد است و ازنظر تکاملی، در زمان به جلو می‌رود. اگر مفهوم تقارن CPT را نسبت به کل جهان مقایسه کنیم، متوجه این موضوع می‌شویم که دیدگاه فعلی‌مان درباره‌ی جهان کامل نیست و جهان بسیار فراتر از چیزیست که ما می‌پنداریم. برای حفظ تقارن CPT در کیهان، باید دوقلویی برای جهان وجود داشته باشد که جهان را متعادل سازد. این آنتی‌یونیورس می‌تواند تمام بارهای مخالف جهان ما را داشته باشد که مانند آینه برعکس شده‌اند و در زمان نیز به صورت برعکس حرکت کرده و رو به عقب می‌رود. پس طبق این می‌توان نتیجه گرفت، جهان ما فقط یکی از دوقلوهایی است که همراه همزاد دیگر خود با تبعیت از قانون CPT در حال حرکت است.

محققان در ادامه پیامدهای وجود این جهان متقارن را بررسی کرده و به نتایج شگفت‌انگیزی رسیدند. به‌عنوان اولین نتیجه، جهانی که از قانون CPT پیروی می‌کند به‌صورت طبیعی گسترش می‌یابد و با ذرات پر می‌شود؛ بنابراین این جهان دیگر به نظریه‌ی انبساط سریع موسوم به تورم کیهانی نیازی ندارد. با اینکه شواهد زیادی مبنی‌بر وقوع تورم کیهانی وجود دارد، اما اطلاعات موجود درباره‌ی این رویداد به‌قدری مبهم است که به راحتی می‌توان آن‌را کنار گذاشت و نظریه‌های دیگری را جایگزین آن کرد.

دومین نتیجه‌ای که پژوهشگران به آن رسیدند این بود که تقارن CPT نوترینوهای بیشتری را به ترکیب جهان اضافه می‌کند. این نوترینوها عبارت‌اند از: الکترون-نوترینو، میون-نوتیرنو و تاو-نوترینو. به‌طرز عجیبی هر سه نوع نوترینو چپ‌دست هستند (اشاره به جهت چرخش نسبت به حرکت). تمام ذرات دیگری که در فیزیک شناخته شده‌اند می‌توانند هم‌زمان چپ‌دست و راست‌دست باشند. این نتیجه فیزیک‌دانان را به فکر فرو برد که آیا نوترینوهایی وجود دارند که فقط راست دست باشند یا خیر.

برای تشکیل جهان‌های دوقلو و اثبات پدیده جهان همزادی، حداقل به وجود یک نوع نوترینوی راست‌دست نیاز است. اگر این نوترینوها ازطریق گرانش بر جهان تأثیر بگذارند، با ابزارهای فیزیکی قابل رؤیت خواهند بود؛ در غیر این‌صورت ذره‌ای نامرئی که کل جهان را دربر گرفته است و تنها با گرانش برهم‌کنش می‌کند، ماده‌ی تاریک نام خواهد داشت. پژوهشگران شرایطی را نیز کشف کردند که منطبق با تقارن CPT شکل می‌گیرد و کل جهان را با نوترینوهای راست‌دست پر می‌کند؛ این شرایط برای توضیح شباهت بین نوترینوی راست‌دست و ماده‌ی تاریک کافی است.

پیش‌بینی‌های جهان آینه‌ای

ما هرگز به جهان دوقلو یا جهان آینه‌ای دسترسی نخواهیم داشت؛ زیرا این جهان در آن‌سوی بیگ‌بنگ و قبل از آغاز کیهان ما قرار دارد؛ اما این عدم دسترسی بدین‌معنی نیست که نمی‌توان این نظریه را آزمایش کرد. پژوهشگران به پیامدهای عینی این فرضیه پی‌ برده‌اند. در درجه‌ی اول، آن‌‌ها پیش‌بینی می‌کنند که نوترینوهای چپ‌دست شناخته‌شده از نوع ذرات مایورانا هستند؛ به‌این معنی که آن‌ها پادذرات خود به حساب می‌آیند (برخلاف ذرات عادی مثل الکترون‌ها، که پادماده‌ای به نام پوزیترون‌ دارند).

البته این‌ها تنها فرضیه هستند و فیزیک‌دانان مطمئن نیستند که نوترینوها این ویژگی را دارند یا خیر. علاوه‌بر‌این، براساس پیش‌بینی‌ها یکی از گونه‌های نوترینویی باید بدون جرم باشد. در‌حال‌حاضر، فیزیک‌دانان تنها مقدارهای 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 اثبات کرده و آن‌را توسعه دهند.

در نهایت می‌توان نتیجه گرفت، در نظریه‌ی جهان همزادی رویداد تورم کیهانی هرگز رخ نداده‌ است؛ بلکه جهان به‌صورت طبیعی با ذرات پر شده است. فیزیک‌دانان بر این باور‌اند که تورم به‌اندازه‌ای به فضا-زمان ضربه وارد کرده که کل جهان با امواج گرانشی پر شده است.آزمایش‌های زیادی برای کشف این امواج گرانشی آغازین درحال انجام‌اند؛ اما در جهان متقارن، چنین امواجی نباید وجود داشته باشند. بنابراین اگر جست‌وجوی امواج گرانشی آغازین بی‌نتیجه بمانند، سرنخی برای مدل جهان آینه‌ای CPT و اثبات نظریه‌ی جهان همزادی به‌دست می‌آید.