Fizikai įsitikinę – šalia mūsų slepiasi „veidrodinė Visata“: kokie įrodymai?

Sensacingos antraštės visiškai iškraipė migloto 2018 metų mokslinio darbo, kuris niekada nebuvo išspausdintas kitų mokslininkų recenzuojamame žurnale, išvadas. Tame straipsnyje teigta, kad mūsų Visata veikiausiai turi veidrodinį atspindį laike, partnerinę Visatą, kuri driekiasi už Didžiojo sprogimo. Jeigu taip yra iš tiesų, o serija kitų itin mažai tikėtinų ir keistų hipotezių taip pat pasitvirtins, kaip kad teigiama tame moksliniame straipsnyje, tuomet tai galėtų paaiškinti tą mįslingą signalą, kuris leidžia manyti, jog iš ledo Antarktidoje sklinda visiškai nauja dalelė.

Apie tai, kad NASA, esą, atrado paralelinę Visatą, pirmiausia pranešė britų bulvarinis laikraštis „The Daily Star“, o vėliau šią žinią pasigavo ir kitos Britanijos ir Amerikos žiniasklaidos priemonės, įsikarant ir „The New York Post“.

Mūsų Visatos „veidrodis“

Tam, kad suprastume, kaip „The Daily Star“ priėjo prie keistos ir sensacija tapusios išvados, reikia suprasti teiginius, skelbtus dviejuose atskiruose moksliniuose darbuose 2018 metais.

Pirmajame straipsnyje, kurį su kolegomis parašė Perimetro instituto Ontarijuje, Kanadoje, fizikas Lathamas Boyle‘as, keliama hipotezė, kad egzistuoja veidrodinė Visata – mūsų Visatos atspindys laike. Šis straipsnis 2018 metų gruodį buvo išspausdintas žurnale „Physical Review Letters“.

„Manau, kad niekas nesuvokia viso masto to, ko jie pasiekė“, – sakė Havajų universiteto astrofizikas ir antrojo mokslinio straipsnio, paremto L. Boyle‘o teorija, bendraautorius Johnas Learnedas.

L. Boyle‘o darbas yra tarsi tąsa paketo, kuriuo siekiama užkamšyti skyles teorijos, pasakojančios dominuojančią Visatos atsiradimo istoriją: ΛCDM (Lambda ir šaltosios tamsiosios materijos modelis).

ΛCDM paaiškina kosmosą naudodamas dvi pagrindines idėjas: nežinoma tamsi energija privertė Visatą plėstis. Atsukite tą plėtimąsi atgal laike ir visa Visata užims vieną tašką erdvėje. Antra, nematoma tamsi materija gravitaciškai traukia Visatoje esančius dalykus, tačiau neskleidžia šviesos. Šiai tamsiajai materijai, pagal šią idėją, tenka didžioji Visatos masės dalis.

„ΛCDM iš esmės yra vienintelis žaidimas mieste, – sakė J. Learnedas. – Ji veikia daugeliu atvejų, tačiau šiame modelyje esama ir kelių nerimą keliančių spragų.“

Pavyzdžiui, plėtimosi matmenys nesutampa laike, nes šio plėtimosi matmenys, paremti duomenimis iš ankstyvojo Visatos gyvavimo laikotarpio, nesutampa su šiuolaikinės Visatos matmenimis. Be to, ΛCDM negali paaiškinti, kodėl materija iš viso egzistuoja, nes spėja, kad materija ir antimaterija turėjo formuotis vienodu tempu po Didžiojo sprogimo, o vėliau viena kitą sunaikino, todėl nieko nebeliko.

L. Boyle‘o ir jo kolegų naujoji Visata išrutulioja ΛCDM istoriją toliau laike ir daugiau dėmesio skiria singuliarumui laiko pradžioje ir atkeliavimui iš anapus.

Štai, kaip L. Boyle‘o komanda vertina šią teoriją. Įsivaizduokite, kad šiandieninė Visata yra platus plokščias apskritimas, esantis ant vakarykščio šiek tiek mažesnio apskritimo, o šis yra virš dar mažesnio apskritimo iš dar ankstesnės dienos.

Sudėję šiuos visus apskritimus nuo šiandien iki Didžiojo sprogimo vienas ant kito, gausime kūgį, stovintį ant savo galinio taško.

Kai astronomai žiūri tolyn į erdvę, jie iš esmės žvelgia į praėjusį laiką. Tolimiausia mūsų matoma galaktika – GN-z11 – mums atrodo kaip egzistavusi prieš 13,4 mlrd. metų arba 400 mln. metų po Didžiojo sprogimo.

Prieš tai Visatoje buvo „tamsusis amžius“, trukęs milijonus metų, kuomet nesusiformavo niekas pakankamai šviesus, ką galėtume matyti. Prieš tai Visata suformavo seniausią dalyką, kurį matome: kosminį mikrobangų foną (CMB), kuris susiformavo 370 tūkst. metų po Didžiojo sprogimo, Visatai formuojantis iš vėstančios karštos tamsios plazmos.

Teleskopai negali pamatyti nieko, kas egzistavo prieš CMB.

Taip žvelgti atgalios, anot L. Boyle‘o, reiškia žvelgti pro kosmologinį kūgį. Žvelgiant taip, ΛCDM istorija pasibaigia tuo, kad Visata sueina vieną tašką, paslėptą už CMB. L. Boyle‘o teorija pažvelgia į tamsią sieną, kurią laike suformuoja CMB, ir daro kitokią išvadą apie tai, ką CMB slepia.

Standartinis požiūris, jo teigimu, yra toks, kad pirmoji mažytė sekundė dalis po Didžiojo sprogimo buvo daugiau ar mažiau „didžiulė betvarkė“, kurios dabartinės fizikos lygtys sunkiai gali paaiškinti. Mes nematome, kas įvyko tuo momentu, kuris yra paslėptas po CMB ir iš mūsų pozicijos minėtame kūgyje mums yra nematomas. Pagal ΛCDM modelį, pirmasis momentinis Visatos istorijos skyrius yra chaotiškas ir sunkiai paaiškinamas.

Tačiau CMB nėra toks chaotiškas. Jo paprasta struktūra, pagal ΛCDM, susiformavo po intensyvaus plokštėjimo proceso, kuris panaikino visą chaosą Visatos formavimosi pirmosios sekundės pabaigoje. Manoma, kad ta tvarkinga Visata, susiformavusi iš trumpai trukusios betvarkės, yra užfiksuota CMB.

„Mes norėjome panagrinėti paprastesnį vaizdą, kuomet įrodymai yra vertinami labiau pagal jų nominalią vertę, – sakė jis. – Jūs sakote „gerai, mes nematome visko iki pat Didžiojo sprogimo, tačiau mes galime pažiūrėti pakankamai arti, ir kuo arčiau žiūrime, tuo viskas atrodo paprasčiau. O jeigu visus tuos stebėjimus įvertintume nominalia verte?“

Šis erdvėlaikio vaizdas vis dar turi Didįjį sprogimą, besislepiantį CMB, sakė jis. Tačiau „jis yra gerokai paprastesnis už singuliarumus, kylančius iš Einšteino gravitacijos teorijos, – sakė jis. – Tai yra labai ypatingas itin paprasto singuliarumo tipas, kai galima sekti sprendimą (iki lygties, valdančios erdvėlaikį) per singuliarumą.“

Nors tokie stebėjimai neįmanomi toliau už CMB, normalūs kosmologiniai modeliai veda šiek tiek tolyn atgalios, tačiau vis tiek pasibaigia ties Didžiuoju sprogimu. Tačiau ne L. Boyle‘o teorijoje.

„Matai, kad ji ekstrapoliuoja, ji plečiasi. Ji analitiškai tęsiasi, kaip pasakytų fizikai, iki šio dvigubo kūgio, – sakė jis, turėdamas omenyje antrąją Visatą, besitęsiančią laike tolyn nuo Didžiojo sprogimo. – Tai atrodo kaip labai natūrali ir paprasta lygčių tąsa, kuri, rodos, paaiškina Visatą, kurią matome.“

Ši Visata, kuri yra „antrame kūgyje“, yra per toli erdvėlaikyje, kad mes ją matytume. Anot L. Learnedo, laikas ten eina atgalios nuo mūsų atskaitos taško. Tačiau įvykiai toje Visatoje vis tiek turėtų klostytis priežasčiai einant prieš pasekmes, kaip ir mūsiškėje Visatoje. Laikas toje Visatoje eina tolyn nuo Didžiojo sprogimo, kaip ir mūsų Visatoje. „Tolyn nuo Didžiojo sprogimo“ toje Visatoje yra priešinga laiko kryptis nuo mūsų Visatos, tačiau jis neina „atgal“, kaip mes tai įsivaizduotume.

Mūsų Visata egzistuoja kitoje tos Visatos senovės istorijos pusėje, o ta Visata egzistuoja kitoje mūsiškės pusėje.

Mes neturime įrodymų, kad ši veidrodinė Visata egzistuoja, sako L. Boyle‘as. Tačiau, jo teigimu, „kai tai supranti, pasirodo, kad ši Visata turi papildomą simetriją, kurios nematei, nes žiūrėjai tik į viršutinę to kūgio pusę“.

Simetrijos fizikams labai svarbios, sako L. Boyle‘as. Jos byloja apie gilesnę tiesą. Ir ši dvigubo kūgio Visata gali užpildyti tą spragą simetrijoje, dėl kurios fizikai ne vienerius metus suko galvas.

Simetrija, apie kurią kalbame, yra vadinamoji CPT simetrija, kuri teigia, kad jeigu apsuksite dalelę link jos antimaterinio dvynio – tarkime, elektroną paversime pozitronu, arba iš dešiniarankės paversime kairiaranke, arba paversime ją atgal laike, o ne į priekį, ta dalelė vis tiek turėtų elgtis taip pat ir laikytis tų pačių dėsnių, kaip ir prieš apvertimą.

„Visi manė, kad tai yra pamatinės simetrijos, kurių neįmanoma išvengti“, – sakė L. Learnedas.

Galiausiai 1956 metais Kolumbijos universiteto fizikė Chien-Shiun Wu vadovavo eksperimentui, kuris nustatė, kad CPT simetrija nėra absoliuti. (Du jos vyrai kolegos, kurie pasiūlė idėją, kuria pasirėmė Chien-Shiun Wu, 1957 metais buvo apdovanoti Nobelio premija, tačiau ji jos negavo).

Chien-Shiun Wu eksperimentas parodė, kad „C“ dalis CPT simetrijoje nėra tobula. O tolimesni eksperimentai parodė, kad kai kurios dalelės neatitinka ir „C“ ir „P“. Tačiau, nepaisant jos spragų, dauguma fizikų mano, kad CPT simetrija iš esmės yra teisinga, nes nerasta nė viena dalelė, neatitinkanti visų šios simetrijos elementų. Dalelių lygmenyje Visata atrodo simetriška CPT požiūriu.

Tačiau pačiam ΛCDM Visatos modeliui stinga CPT simetrijos ir todėl vadinamoji „nulinė dalelių būklė“ – erdvėlaikio būklė, kai nėra dalelių, yra neapibrėžta. Tai reiškia, kad viso kosmoso mastu CPT simetrija yra pažeista.

L. Boyle‘as sako, kad jo modelis išsaugo Visatos CPT simetriją taip, kaip ΛCDM kosmologija nepadaro. Tereikia pridėti antrąjį kūgį prie erdvėlaikio, ir ta nulinė dalelių būklė nebėra neapibrėžta. Visatos CPT asimetrija yra ištaisyta.

„Mes pagalvojome, kad „minutėle, atrodo, kad Visata pažeidžia CPT simetriją, tačiau iš tiesų mes tiesiog nematėme viso vaizdo, – sakė jis. – Jeigu Visata iš tiesų yra asimetriška CPT požiūriu, jeigu ją iš tiesų sudaro du erdvėlaikio kūgiai, o ne vienas, ką tai reiškia likusiai fizikos daliai?

Tikroji tiesa apie tai, ką tie „NASA mokslininkai“ iš tiesų aptiko

Praktiškiausia CPT požiūriu simetriškos Visatos pasekmė yra ta, kad gaunamas paprastas tamsios materijos paaiškinimas.

Vienas populiarus teorijų apie nematomus dalykus rinkinys yra paremtas idėja, kad egzistuoja tam tikras nefiksuojamas ketvirtasis neutrinų tipas. Dažnai jie vadinami steriliais neutrinais. L. Boyle‘o teorija, rodos, juda šia linkme. Trys žinomi neutrinų tipai yra elektronas, miuonas ir tau neutrinas. Visi jie yra kairiarankiai. Tai reiškia, kad jai sukasi be atitinkančio dešiniarankio partnerio. Pagal standartinį modelį, skirtingai nuo kitų dalelių, neutrinai neturi tokių partnerių. Tačiau CPT požiūriu simetriška Visata nesutinka ir rodo, kad jie turėtų turėti tokių partnerių.

L. Boyle‘as ir jo kolegos nustatė, kad jų kosmologija leidžia manyti, kad jų Visatoje egzistuoja dešiniarankis partneris kiekvienam kairiarankiam neutrinui Standartiniame modelyje. Tačiau skirtingai nuo kairiarankių ir dešiniarankių kvarkų, šios kairiarankės ir dešiniarankės veidrodinės dalelės nesusijungtų. Iš tiesų du iš dešiniarankių partnerinių neutrinų jau seniai būtų pasimetę erdvėlaikyje ir išnyktų iš mūsų vaizdo labai ankstyvoje Visatoje. Trečiasis dešiniarankis partneris liktų, o tai būtų lygčių, valdančių laiko pradžią, pasekmė.

Neaišku, su kuriuo iš trijų žinomų neutrinų jis susiporuotų, sakė L. Boyle‘as. Tačiau tokia dalelė turėtų ypatingą energetinį parašą: 480 pikoelektronvoltų (PeV), kuriais matuojama dalelės masė. Ir tas 480PeV neutrinas galėtų paaiškinti visą Visatoje trūkstamą tamsiąją materiją.

Tai, kaip CPT požiūriu simetriška Visata priveda prie 480PeV neutrino, yra labai sudėtinga. Taip sudėtinga, kad vos keli fiziškai be L. Boyle‘o ir jo komandos tai supranta, sakė J. Learnedas.

„Tačiau tie vyrukai nėra išprotėję, – sakė jis. – Jie yra gerbiami šios srities nariai ir žino, ką daro. Ar visa ta sudėtinga teorinė sritis yra teisinga ar ne, aš negaliu pasakyti.“

Visgi su galima 480 PeV dalele J. Learnedas jau susidūrė.

Prieš ketverius metus dalelių detektorius, kybantis ant baliono virš Antarktidos, užfiksavo kažką, ko fizika negali paaiškinti. ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna) instrumentas užfiksavo didelės energijos dalelių signalus, kurie, rodos, yra tiesiog „šaudomi“ iš Antarktidos ledo. (Dauguma mokslininkų, susijusių su ANITA, nėra „NASA mokslininkai“, tačiau šis projektas gauna NASA finansavimą).

Tokios dalelės iš esmės neturėtų egzistuoti. Nė viena pagal standartinį modelį žinoma dalelė neturėtų taip skraidyti Žemėje ir taip sproginėti iš anapus su tokia didele energija, tačiau būtent tai užfiksavo ANITA.

Šių metų birželio duomenimis, populiariausias paaiškinimas yra tas, kad ANITA užfiksavo sterilius neutrinus. J. Learnedas, kuris dirbo prie ANITA projekto šio projekto pradžioje, suvokė, kad 480 PeV puikiai atitinka tai, ką užfiksavo ANITA.

Jeigu dalelės tikrai atkeliavo iš kosmoso ir tuomet prasiskverbė į Žemę, sukurdamos tokią anomaliją, jos turėjo skilti po Antarktidos paviršiumi ir sukurti tokį iš po ledo šokinėjančių šviesesnių dalelių lietų, kurį ir užfiksavo ANITA. L. Boyle‘o 480 PeV tamsiosios materijos neutrinas puikiai atitinka masės spektrą, kuris galėtų paaiškinti ANITA užfiksuotą paslaptingą skylančią dalelę.

J. Learnedas ir jo keturių kitų mokslininkų komanda sukūrė schemą, kurioje 480 PeV tamsiosios materijos neutrinas galėtų taip veikti. Jie ir parašė tą 2018 metų mokslinį straipsnį, apie kurį pranešė „The Daily Star“, paskelbdamas klaidinančią antraštę.

Jeigu ANITA dalelė iš tiesų atitinka L. Boyle‘o schemą, tai būtų didelis svarmuo svarstyklėse dviejų kūgių kosmoso teorijos naudai, sakė J. Learnedas. Tačiau esama ir abejonių. Svarbiausia problema, kurią jie turi išspręsti, yra pritraukti tą dalelę pakankamai arti Antarktidos. Modeliai rodo, kad tamsios materijos dalelės-kandidatės, tokios kaip 480 PeV neutrinas, kristų į Žemės centrą iš karto, kai tik patektų į mūsų planetą, ir nebūtų taip arti, kad galėtų sukelti ANITA anomaliją.

Šie mokslininkai spėja, kad veikiausiai neseniai įvykęs susidūrimas su dideliu nematomu tamsiosios materijos disku išsklaidė žemės 480 PeV neutrinus, kurių dalis liko arti mūsų planetos paviršiaus.

Tai buvo įdomi idėja pažaisti, sakė J. Learnedas, tačiau net ir jo paties jo darbas neįtikina. Nors jis su kolegomis daug dirbo prie šio straipsnio, jis pats mano, kad išvados tikrai yra klaidingos.

„Kosmologijoje egzistuoja tokia idėja, kad „dantukų fėja“ kosmologiniame modelyje galima pasinaudoti tik kartą, nes antrą kartą tai tiesiog nebėra įtikinama. Manau, kad mums reikėjo tos dantukų fėjos du ar tris kartus, kad visa tai pavyktų“, – sakė jis.

J. Boyle‘as sutinka. Nors mintis panaudoti jo komandos idėjas paaiškinti ANITA buvo tikrai įdomi, jis sako, kad skaičiai nesutampa. Tačiau jis vis tiek įsitikinęs, kad pagrindinė mintis apie CPT požiūriu simetrišką Visatą turi pagrindo.

„Mano asmeninė nuojauta yra tokia, kad, ar tai yra ar nėra visai teisinga, mes judame tinkama linkme. Ir dėl to labai džiaugiuosi“, – sakė jis.