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早期宇宙对称性破缺或解释为何物质超过反物质

太长不看：
宇宙学家们发现物质和反物质的对称性在大爆炸后不久就被打破了，解释了为什么物质比反物质多。他们在星系分布中发现了异常现象，可能揭示了对称破缺的时间。通过分析一百万个红色星系，他们发现分布缺乏对称性。这有助于解决宇宙早期膨胀模型的争议，也让我们对宇宙起源的大问题有了新的思考。

如果这些发现得到证实，将有助于解释物理学中最令人困扰的问题之一。

诸如Abell 2744这样的星系分布揭示了追溯到宇宙初始时刻的不对称性。

新证据表明，在宇宙大爆炸之后不久，物理定律中的对称性就不再适用于物质和反物质之间的完美反射。这项研究可能为这个令人困扰的事实提供解释：尽管宇宙遵循对称定律，但反粒子远非同样丰富。

一个包含相等物质和反物质的宇宙将是一个两者不断在能量爆发中相互消除的地方。这不太可能是生命演化的地方，更不用说演化到能够理解物理定律的生物了。然而，我们目前对这些定律的理解表明，宇宙应该在创造时产生相等数量的物质和反物质。

不知何故，我们逃过了这个命运，物质占据了绝对优势。这个可观察到的事实意味着，在某个时刻，宇宙并非完美对称。宇宙学家已经花了近60年的时间寻找对称性失效的点。《皇家天文学会月刊》(MNRAS)上的一篇新论文声称将其缩小到所谓的“膨胀时代”。

Robert Cahn博士、Zachary Slepian教授和Jiamin Hou博士提出，找到对称性破裂的秘密可能在于星系的分布。他们的推理已经发表在《物理评论快报》上，但更令人兴奋的消息是，在MNRAS论文中，他们声称已经发现了他们无法用其他方式解释的星系分布异常。

“四面体(三角锥)是三维(3D)中无法旋转成其镜像的最简单形状，”作者在MNRAS中指出。任何四个星系(四重体)都可以形成四面体的顶点。在一个完全对称的宇宙中，我们期望看到一个四面体的某种取向及其镜像的数量相等。如果我们看到一个比另一个多的例子，那就说明在宇宙质量的凹凸不平产生时，对称性失效了。

在研究了两个调查中确定的超过一百万个明亮的红色星系后，作者确实发现了一个不对称的分布，这表明在这个时期缺乏对称性。然而，这种不对称性究竟是什么，以及在随后的140亿年里它去了哪里，仍然是未解之谜。尽管如此，如果这项工作得到重复，我们将能够缩小搜索范围。

Slepian在一份声明中说：“我一直对宇宙的大问题感兴趣。宇宙的起源是什么？它演化的规律是什么？为什么有些东西而不是空无一物？”“这项工作解决了这些大问题。”

大问题很少能轻易回答，分析如此庞大的星系样本是一项极其复杂的任务。这不仅仅是要找到整齐地聚集在一起的四个星系，并将其归类为左手或右手四面体。相反，团队需要让超级计算机在每个星系和其他三个星系之间画线，形成一个四面体，然后再用另外三个星系做同样的事情，依此类推。数亿光年长的线条将距离极远的星系连接成比最大的星系团还要大的四面体。

Slepian说：“最后我们意识到我们需要新的数学。”这些公式意味着计算机在计算可能的组合时不需要花费宇宙年龄的大部分时间。甚至还能反复运行计算以检查它们是否正确。

团队在一个星系样本中发现的不平衡极不可能是偶然的，另一个样本的可能性更小。然而，现在他们计划用更先进的望远镜产生的更大的星系样本再次进行同样的事情。

已知的唯一对称性破缺是弱力，但正如论文所指出的，其范围太短，无法解释星系规模上的偏差，所以原因必须是其他东西。
除其他事项外，这项工作为宇宙早期膨胀的膨胀和非膨胀模型之间的辩论提供了解决方案的可能性。Slepian说：“由于宇宙在膨胀期间只能印刻出对称性破缺，如果我们发现的是真的，那么它就为膨胀提供了决定性的证据。”

对称性的证据发表在《皇家天文学会月刊》上。搜索的基础于2021年提交给《物理评论快报》，但直到最近才发表。

本文译自 IFLScience，由 bali 编辑发布。

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