Ученые-физики предложили дерзкую гипотезу о существовании у нашей Вселенной зеркального двойника. Этот двойник, возможно, состоит из скоплений невидимых, но обладающих гравитационным притяжением нейтрино – того, что мы именуем темной материей.
Предлагается новаторская концепция, согласно которой наряду с нашей Вселенной в момент Большого взрыва возникла и «зеркальная» Вселенная, движущаяся во времени в обратном направлении. Хотя взаимодействие с этим противоположным миром представляется принципиально невозможным, его наличие должно находить отражение во Вселенной в виде пока не идентифицированного типа нейтрино. Предполагается, что скопления таких нейтрино могут формировать темную материю, частицы которой до сих пор не обнаружены, несмотря на все приложенные усилия физиков.
Гипотеза о существовании «зеркальной» вселенной не так давно выдвинула команда ученых во главе с известным южноафриканским астрофизиком Нилом Туроком (Neil Turok), который сейчас работает в Манчестерском университете (Великобритания). Их новая статья принята к публикации в журнале Annals of Physics и выложена в открытой онлайн-библиотеке препринтов arXiv.org. Она рассматривает некоторые следствия из этой необычной идеи, в том числе о темной материи.
Напомним, современная наука базируется на концепции о симметрии, свойственная физическим законам. Она выражается в сохранении устойчивости системы при определенных преобразованиях. Например, можно изменить знак заряда частицы, и тогда взаимодействие между частицами не изменится. Наиболее важная симметрия — СРТ-инвариантность — утверждает о том, что физические законы остаются справедливыми при одновременном изменении знака зарядов, координат и времени).
Науке известны разнообразные отклонения от правил симметрии, включая нарушения R- и С-симметрии, а также их сочетаний. Так, нарушение СР-инвариантности может вызывать преобладание одних частиц и практически полное исчезновение их античастиц во Вселенной. Вместе с тем, одновременное нарушение СРТ-симметрии пока не было зафиксировано: обращение координат, зарядов и времени в системе не должно приводить к каким-либо изменениям.
Нил Турок вместе с соавторами расширил применение СРТ-инвариантности, охватив ею всю Вселенную. Согласно этой гипотетической модели, наш мир предстает лишь частью двойной системы. Его СРТ-обратный двойник движется во времени в обратном направлении, обладая противоположными зарядами и зеркально отраженными координатами.
Анализ данных свидетельствует о том, что гипотеза о «двойной» Вселенной предоставляет простое объяснение для существования темной материи. Эта таинственная субстанция не обнаруживается при помощи имеющихся научных приборов, так как взаимодействует с обычным веществом исключительно посредством гравитационного притяжения. Влияние темной материи проявляется в гравитационном воздействии на обычное вещество, например, в отклонении траекторий звезд вокруг невидимых гравитирующих скоплений. Это позволяет создавать карты распределения темной материи в масштабах галактик, однако не дает возможности непосредственно обнаружить и изучить ее составные частицы.
Существуют лишь теоретические представления об этих частицах. Если принять во внимание, что мы находимся лишь в одной из двух целостных СРТ-инвариантных Вселенных, то количество гипотез увеличивается. Нил Турок и его коллеги продемонстрировали, что в таком сценарии должны возникать нейтрино новых типов.
На сегодняшний день известно шесть типов нейтрино (электронное, мюонное и тау-нейтрино, а также соответствующие античастицы, обладающие противоположными зарядами). Все они характеризуются положительным спином, хотя другие фундаментальные частицы обладают как положительным, так и отрицательным зарядом, в «двойной» Вселенной должны присутствовать и нейтрино с обращенным спином. Эти частицы практически не взаимодействуют с обычным веществом и могут быть обнаружены только в массивных скоплениях, благодаря гравитационному воздействию, подобно гипотетической темной материи. Согласно расчетам Нила Турока и его соавторов, их количество должно быть достаточным для объяснения наблюдаемых эффектов темной материи.
Предложенная гипотеза позволяет сформулировать ряд проверяемых заключений относительно базовых характеристик нейтрино. В частности, она предполагает, что как минимум один из типов этих частиц не обладает массой. На текущий момент этот вопрос остается нерешенным: результаты экспериментов определили лишь максимальное значение массы нейтрино. Будущие исследования могут помочь в окончательном выяснении этого вопроса — и тогда мы получим первое подтверждение существования у нашей Вселенной зеркального двойника.