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很遗憾,NASA 科学家在南极并没有找到平行宇宙的证据 | 平行宇宙的三种模型

这些天,网络上有一些报告声称,南极观测到的奇怪的粒子证明了平行宇宙的存在,在那个宇宙里,时间是倒流的。

这真是一个好消息, 毕竟 2020 年我们所在的这个宇宙实在是有太多坏消息了。 我们如果能通过那个时间倒流的平行宇宙,其实更准确地说应该是镜像宇宙, 回到 2019 年, 也许一切都不会发生了。

但是,这是真的吗? 很遗憾,我想多了。

4 月 8 日 NewScientist 刊出了一篇文章,标题是“我们可能已经发现了一个时间倒流的平行宇宙”。 我没有付费订阅,所以只能看一部分内容。随后多家媒体也都出现了 NASA 科学家们可能发现平行宇宙的证据。

这是由 NASA 赞助的研究小组南极脉冲瞬变天线(ANITA)发现的。ANITA是一个在南极洲的平流层气球实验,它使用了特制的气球,有一个指向地球的无线电天线,用来探测由非常高能(和非常罕见的)中微子撞击冰中的一个原子所发出的无线电波。

一般來說,微中子應該來自遙遠宇宙之外,然後以「向下」的方向撞擊到地球、與物質相互作用後反彈出「二次粒子」(阿斯卡萊恩效應),然後被以氦氣球懸掛到南極洲上空的 ANITA 檢測到;然而 2016 年時,ANITA 檢測到「異常」訊號:極高能的微中子方向不是從外太空掉下來,而像是從冰底「向上」噴出。

由于高能粒子无法通过地球,因此近几年来,ANITA的观测一直困扰着物理学界。(自那时以来,ANITA还观察到了其他三个类似的粒子。)ANITA 在 2016 年发表了关于这一时间的论文:《用ANITA观测到的四个向上指向的类似宇宙射线的事件的特征》。

作为回应,一篇发表于 2018 年的论文提出 ANITA 的研究结果可以为“CPT 对称宇宙”,(Charge, parity, and time reversal symmetry)也就是镜像宇宙,提供证据。论文认为, 大爆炸之前的宇宙和大爆炸之后的宇宙被重新解释为一个从一无所有创作出来的 宇宙/反宇宙 对。在这个宇宙里,正就是负,左就是右,时间倒流。同时认为,地球上存在着非典型的暗物质分布。论文最后提到地球的暗物质分布是很复杂的,以及 2022 年第二代的监测仪器 EUSO-SPB2 将会对 ANITA 的发现以及本论文中的讨论内容提供更重要的测试。

之后,另一篇发表在《天文物理期刊》(The Astrophysical Journal)、採用冰立方微中子觀測站(IceCube)數據的研究論文则說,需要考慮其他方向來解釋 ANITA 數據。冰立方中微子观测站位于南极附近,由5160个埋在冰里的光学探测器组成,用来探测穿过冰的中微子。瑞士日内瓦大学的Anastasia Barbano说:“冰立方是跟踪ANITA观测结果的出色工具,因为ANITA探测到的每一个异常事件,冰立方都应该探测到许许多多异常事件,而在这种情况下,我们却没有。” 论文给出的结论是“在标准模型假设下对这些异常事件的天体解释都受到了严格限制。”

因此,通过以上资料的分析,我们可以得出的结果为:“我们还不知道这些高能粒子来自哪里”。 很遗憾这个结果看起来远远不如平行宇宙那么激动人心,但是, 这依然不失为一个重大的发现, 我们期待未来的进一步研究能够揭示出更明确的结果。

正如著名天文學家卡爾·薩根(Carl Sagan)的「薩根標準」格言:「所有非同尋常的主張都需要有非凡的證據」,目前 ANITA 的发现并不足以成为一个非凡的證據來支持平行宇宙。 但是这并不意味着平行宇宙不存在。平行宇宙依然是物理学中一个伟大的假想。

平行宇宙并非只有一个模型, 当我们都在说平行宇宙时,也许我脑子里的概念和你的是完全不同的。接下来我们简单梳理下三个主要的模型。

一种是今天提到的 CPT 对称宇宙。从字面上就可以理解,这个宇宙是和我们目前所在的宇宙完全对称的,就像我们在镜子中看自己一样。因此在 CPT 宇宙里面,物质是以反物质为主,空间是颠倒的,时间则是在回溯的。

第二种是量子理论推导出的“多宇宙”。(Many Worlds Interpretation,简称MWI)。大家还记得那只为死活问题困扰的薛定谔的猫吗? 多宇宙理论完全解放了那只猫,根本不存在“坍缩”,量子过程所产生的一切可能都会生成一个实际的宇宙。 也就是说,在一个宇宙中,猫是活的; 在另一个宇宙中, 猫是死的。 并没有一个不死不活的猫。这样的宇宙有无穷多个,因为每一个可能都会创建出一个新的宇宙, 这些宇宙和我们现在的世界互相平行,没有联系。根据奥卡姆剃刀原理, 这些奇妙的宇宙对我们都是没有意义的。也因此“多宇宙” 理论会被称为“平行宇宙”。 平行意味着永不相交。

还有一种就是宇宙暴胀理论。 该理论认为,在大爆炸后的极短时间内,时空进行了指数级的膨胀。一些科学家们继而推论,在整体上宇宙会永恒地膨胀,只在一小部分区域停下来,不断形成无限多气泡般的宇宙。人类的可见宇宙就是不断膨胀的时空中的其中一个“泡泡”。 只是霍金在他的生前的最后一篇论文中预测:宇宙在整体上是平滑而有限的,这不是个无限的分形结构。而这篇论文的标题就是“永恒膨胀的一个平滑的出口”。(A Smooth Exit from Eternal Inflation)