Το σύμπαν μας θα μπορούσε να είναι η κατοπτρική εικόνα ενός σύμπαντος αντιύλης που εκτείνεται προς τα πίσω στο χρόνο πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Έτσι ισχυρίζονται οι φυσικοί στον Καναδά, οι οποίοι έχουν επινοήσει ένα νέο κοσμολογικό μοντέλο που θέτει την ύπαρξη ενός «αντισύμπαντος» το οποίο, σε συνδυασμό με το δικό μας, διατηρεί έναν θεμελιώδη κανόνα της φυσικής που ονομάζεται συμμετρία CPT. Οι ερευνητές πρέπει ακόμη να επεξεργαστούν πολλές λεπτομέρειες της θεωρίας τους, αλλά λένε ότι εξηγεί φυσικά την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης.
Τα τυπικά κοσμολογικά μοντέλα μας λένε ότι το σύμπαν – χώρος, χρόνος και μάζα/ενέργεια – εξερράγη πριν από περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια και έκτοτε έχει διασταλεί και ψυχθεί, οδηγώντας στον προοδευτικό σχηματισμό υποατομικών σωματιδίων, ατόμων, αστεριών και πλανητών.
Ωστόσο, ο Neil Turok από το Perimeter Institute for Theoretical Physics στο Οντάριο εκτιμά ότι η εξάρτηση αυτών των μοντέλων σε ad-hoc παραμέτρους σημαίνει ότι μοιάζουν όλο και περισσότερο με την περιγραφή του Πτολεμαίου για το ηλιακό σύστημα. Μια τέτοια παράμετρος, λέει, είναι η σύντομη περίοδος ταχείας διαστολής, γνωστή ως πληθωρισμός, η οποία μπορεί να εξηγήσει τη μεγάλης κλίμακας ομοιομορφία του σύμπαντος. «Υπάρχει αυτό το σκεπτικό ότι εξηγείς ένα νέο φαινόμενο εφευρίσκοντας ένα νέο σωματίδιο ή πεδίο», λέει. «Νομίζω ότι μπορεί να αποδειχθεί άστοχο».
Αντίθετα, ο Turok και ο συνάδελφός του στο Perimeter Institute Latham Boyle ξεκίνησαν να αναπτύξουν ένα μοντέλο του σύμπαντος που μπορεί να εξηγήσει όλα τα παρατηρήσιμα φαινόμενα βασισμένα μόνο στα γνωστά σωματίδια και πεδία. Αναρωτήθηκαν αν υπάρχει ένας φυσικός τρόπος για να επεκταθεί το σύμπαν πέρα από τη Μεγάλη Έκρηξη –μια μοναδικότητα όπου η γενική σχετικότητα καταρρέει– και μετά να βγει από την άλλη πλευρά. «Βρήκαμε ότι υπήρχε», λέει.
Η απάντηση ήταν να υποθέσουμε ότι το σύμπαν ως σύνολο υπακούει στη συμμετρία CPT. Αυτή η θεμελιώδης αρχή απαιτεί οποιαδήποτε φυσική διαδικασία να παραμένει ίδια εάν ο χρόνος αντιστραφεί, ο χώρος αναστραφεί και τα σωματίδια αντικατασταθούν από αντισωματίδια. Ο Turok λέει ότι αυτό δεν ισχύει για το σύμπαν που βλέπουμε γύρω μας, όπου ο χρόνος τρέχει προς τα εμπρός καθώς ο χώρος διαστέλλεται και υπάρχει περισσότερη ύλη παρά αντιύλη.
Αντίθετα, λέει ο Turok, η οντότητα που σέβεται τη συμμετρία είναι ένα ζεύγος σύμπαν-αντισύμπαν. Το αντισύμπαν θα εκτείνονταν πίσω στο χρόνο από τη Μεγάλη Έκρηξη, θα γινόταν όλο και πιο μεγάλο καθώς το κάνει, και θα κυριαρχείται από την αντιύλη καθώς και θα είχε τις χωρικές ιδιότητές του ανεστραμμένες σε σύγκριση με εκείνες στο σύμπαν μας – μια κατάσταση ανάλογη με τη δημιουργία ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου ζευγάρια στο κενό, λέει ο Turok.
Ο Turok, ο οποίος συνεργάστηκε επίσης με τον Kieran Finn του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ στο Ηνωμένο Βασίλειο, αναγνωρίζει ότι το μοντέλο χρειάζεται ακόμα πολλή δουλειά και είναι πιθανό να έχει πολλούς επικριτές. Πράγματι, λέει ότι αυτός και οι συνάδελφοί του «είχαν μια παρατεταμένη συζήτηση» με τους διαιτητές που εξετάζουν το έγγραφο για το Physical Review Letters – όπου τελικά δημοσιεύτηκε – σχετικά με τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων. «Είπαν ότι πρέπει να εξηγήσεις τις διακυμάνσεις και είπαμε ότι είναι ένα έργο σε εξέλιξη. Τελικά υποχώρησαν», λέει.
Σε πολύ γενικούς όρους, λέει ο Turok, οι διακυμάνσεις οφείλονται στην κβαντομηχανική φύση του χωροχρόνου κοντά στη μοναδικότητα του Big Bang. Ενώ το απώτερο μέλλον του σύμπαντος μας και το μακρινό παρελθόν του αντισύμπαντος θα παρείχαν σταθερά (κλασικά) σημεία, όλες οι πιθανές μεταθέσεις που βασίζονται σε κβαντικά θα υπήρχαν στη μέση. Αυτός και οι συνάδελφοί του μέτρησαν τις περιπτώσεις κάθε πιθανής διαμόρφωσης του ζεύγους CPT, και από αυτές κατάλαβαν ποια είναι πιο πιθανό να υπάρχει. «Αποδεικνύεται ότι το πιο πιθανό σύμπαν είναι αυτό που μοιάζει με το δικό μας», λέει.
Ο Turok προσθέτει ότι η κβαντική αβεβαιότητα σημαίνει ότι το σύμπαν και το αντισύμπαν δεν είναι ακριβώς κατοπτρικά είδωλα το ένα του άλλου – κάτι που παρακάμπτει ακανθώδη προβλήματα όπως η ελεύθερη βούληση.
Αλλά εκτός από τα προβλήματα, ο Turok λέει ότι το νέο μοντέλο παρέχει έναν φυσικό υποψήφιο για τη σκοτεινή ύλη. Αυτός ο υποψήφιος είναι ένα εξαιρετικά άπιαστο, πολύ μαζικό σωματίδιο που ονομάζεται «στείρο» νετρίνο που υποτίθεται ότι εξηγεί την πεπερασμένη (πολύ μικρή) μάζα των πιο κοινών αριστερόστροφων νετρίνων. Σύμφωνα με τον Turok, η συμμετρία CPT μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υπολογίσει την αφθονία των δεξιόστοφων νετρίνων στο σύμπαν μας από τις πρώτες αρχές. Λαμβάνοντας υπόψη την παρατηρούμενη πυκνότητα της σκοτεινής ύλης, λέει ότι η ποσότητα αποδίδει μια μάζα για το δεξιόστροφο νετρίνο περίπου 5×108 GeV – περίπου 500 εκατομμύρια φορές τη μάζα του πρωτονίου.
Ο Τουρόκ περιγράφει αυτή τη μάζα ως «δελεαστικά» παρόμοια με αυτή που προέρχεται από μερικά ανώμαλα ραδιοσήματα που εντοπίστηκαν από την Ανταρκτική Παρορμητική Μεταβατική Κεραία (ANITA). Το πείραμα που μεταφέρεται με μπαλόνια, το οποίο πετά ψηλά πάνω από την Ανταρκτική, παρατηρεί γενικά κοσμικές ακτίνες που ταξιδεύουν προς τα κάτω στην ατμόσφαιρα. Ωστόσο, σε δύο περιπτώσεις η ANITA φαίνεται να έχει ανιχνεύσει σωματίδια που ταξιδεύουν πάνω στη Γη με μάζες μεταξύ 2 και 10×108 GeV. Δεδομένου ότι τα συνηθισμένα νετρίνα θα αλληλεπιδρούσαν σχεδόν σίγουρα πριν φτάσουν τόσο μακριά, ο Thomas Weiler του Πανεπιστημίου Vanderbilt και οι συνεργάτες του πρότειναν πρόσφατα ότι οι ένοχοι ήταν αντίθετα σε αποσύνθεση δεξιόστροφων νετρίνων.
Ο Turok, ωστόσο, επισημαίνει κάτι προφανές – που είναι ότι το συμμετρικό μοντέλο CPT απαιτεί αυτά τα νετρίνα να είναι εντελώς σταθερά. Παραμένει όμως συγκρατημένα αισιόδοξος. «Είναι δυνατό να κάνουμε αυτά τα σωματίδια να διασπώνται με την ηλικία του σύμπαντος, αλλά αυτό απαιτεί λίγη προσαρμογή του μοντέλου μας», λέει. «Επομένως, εξακολουθούμε να μας ιντριγκάρει, αλλά σίγουρα δεν θα έλεγα ότι είμαστε πεπεισμένοι σε αυτό το στάδιο».
Πηγή: sciandnature.com, από Physics World
