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物理学家设想"纯洁"的宇宙 上帝的秘密究竟在哪

http://www.kexue.com 2011-07-16 09:35:01 腾讯科学  发表评论

“上帝的秘密”:反物质为宇宙时空扭曲效应
星系旋转拖拽时空而产生时空扭曲现象

  据国外媒体报道,英国华威大学的物理学家从星系旋转的角度入手,建立了一个涵盖整个星系时空模型,旨在解释粒子物理学中的一个突出的难题:为什么在宇宙诞生之初,物质和反物质可以共同存在于宇宙空间中。这个问题犹如一扇通往宇宙终极奥秘的大门,门的背后或许就隐藏着“上帝的秘密”。物理学家们设想了一个“纯洁”的宇宙:这个构想出来的宇宙中,所有的物理定律在宇宙中任何一个地方都能适用,具有极强的普适性。宇宙中粒子和反粒子的行为也同样按照相同的方式进行运动。

  然而,近些年的粒子物理实验中发现,在物质和反物质的衰变中,K介子和B介子表现出显著的差异性。这就是被称为“电荷宇称不守恒”的一个证据,这个证据的发现对粒子物理学家而言,应该是个有些“尴尬”的现象,因为在弱相互作用下宇称不守恒的观点被提出后,物理学家由此推理出“电荷宇称守恒“(CP守恒)的观点,但是这个观点不能解释我们宇宙中物质为什么会存在的问题。也就是说,理论上宇宙诞生后产生的是相同的物质和反物质,我们也知道物质和反物质相遇会湮灭,如果按此推演,就不会有当前宇宙中的一切了。

  英国华威大学物理学系的Mark Hadley博士相信其找到了一种可经得起检验的关于电荷宇称不守恒的证据,该证据不仅能保持宇称的奇偶性,而且还能使得电荷宇称不守恒的理论可以合理地解释在宇宙诞生之后物质与反物质之间的问题。

  Hadley博士的论文已经发表在EPL(欧洲物理学快报)上,主要介绍了对于CP破坏(CP对称被破坏了)的一种源头,这个源头与克尔度量的不对称有关。其同时也认为:研究人员忽视了一个重要的效应,即我们星系的旋转对亚原子粒子的衰减会产生重大影响。

  根据现在粒子物理学的观点,我们的宇宙在根本意义上就是不对称的,而且在弱相互作用中,有一个明显的左和右的不对称性,也有一个更小的CP对称破坏存在于K介子系统中。以上观点已经被体现在现有的粒子物理实验中,但是没有任何的解释。其中的一个可能的原因就是:我们银河系的自转的效应造成了我们时空的扭曲,这种扭曲程度足以影响到对实验结果的评定。而如果时空扭曲足以影响实验结果,那么可不可以在一定程度上认为我们的宇宙从根本上说是对称的呢。对于这个较为“奇异”的预测,欧洲核子研究中心已经在收集相关的数据,以证明星系的自转对结果的影响有多少。

  对于星系自转所产生的效应,这是一个较为容易被忽视的问题。因为我们一直以来都是处于地球和太阳的引力场中,这是最直接的感受,对于整个银河系在某个方面对我们人类造成的影响还不是那么显著。而Hadley博士则认为整个星系产生的引力场将使得星系内部的时空产生扭曲,这种扭曲自然也包括太阳系在内,而这个时空扭曲效应的影响将是不容忽视的。如此巨大质量的星系自转所具有的速度和角动量拖拽着星系内部的时空,造成时空的形状的变形以及时间的膨胀效应。

  而整个星系的旋转对我们地球周围的时空所产生的效应比地球本身的自转要强100万倍。当CP破坏在B介子衰变中被观察到时,这是一个较为关键的现象,其有助于解释在相同粒子物质与反物质的分裂基于不同的衰变率。但是,奇怪的是:即使研究人员观察到衰变中出现的较大的差异,但把这些各个衰变率进行相加时,研究人员又能得到一个与在相同粒子中物质与反物质分裂条件下相同的值。

  据Hadley博士介绍:我们银河系的自转对时空的“拖拽”效应理论可以解释关于目前观测的一切问题。在相同粒子物质与反物质分裂中,他们不仅可以在镜像上对称,在其他的结构上也将保持对称。对于那些粒子衰变而言,这个观点并不是完全不合理的,这个衰变的机制可能开始于“镜像”时刻,然而,银河系的自转所产生的“拖拽”效应是显著的,造成的时空扭曲足以引起每个粒子结构的不同,使其经历不同的时间膨胀效应,而这正是衰变以不同方式进行的原因。

  这就是说,在每个粒子进行衰变时,时空扭曲所造成的不同时间膨胀所带来的整体效应必须被考虑,CP破坏的消失和对称守恒也应该与此相关。这个理论的另一个亮点是其能被得到检验,其所预测的现象也能进行相关的测试。在欧洲核子研究中心,已经收集到了大规模的数据阵列,显示出在衰变的过程中,CP破坏是存在的,同时还能检验出星系的自转所产生的“拖拽”效应对其的影响。

  目前,粒子物理学家正在考证类似银河系这样巨大的星系对实验中所观察到CP破坏有着多大的影响。同时,其也为那些理论家们提供打开了一扇大门:将CP破坏作为一个非常有用的工具以解释在我们的宇宙诞生之初物质与反物质是如何进行分离的,如何形成我们现在所看到的物质宇宙。而事实上,由银河系旋转所产生的时空拖拽和时间膨胀效应对粒子实验的影响将是不容忽视的。而在极早期的宇宙中,可能存在足够的质量和旋转以产生时空拖拽,这个效应对物质与反物质的分布将产生显著的影响。(Everett/编译)
 

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