Léteznek-e tüköruniverzumok, és ha igen, miért nem?

Pár napja ismét felmerült, hogy az általunk megismert világnak létezik egy ellentétes ikertestvére, vagyis tüköruniverzuma. 

Egy tüköruniverzum létezése, ahol minden, ami nálunk jobbkéz-szimmetriájú, balkezes lesz, ahol az anyag és antianyag szerepe felcserélődik, megmozgatja a fantáziát. Így vannak ezzel a fizikusok is, ezért időről-időre felröppen a gondolat: hátha létezik világunknak egy tükörképe is. Erre legutóbb májusban a NASA utólag tévesnek ítélt bejelentése adott okot, amikor egy olyan részecskét véltek felfedezni, amely olyan univerzumból származhatott, ahol az idő visszafelé haladt, a jelenből a múlt felé.

Bizonyítékok?

Egy az Antarktisz fölött végzett kísérlet vezetett olyan következtetésre, amely felvetette egy új és szokatlan tulajdonságú részecske létezését. Erre alapozva született meg egy különös elképzelés, amely az ősrobbanás elméletből kiindulva eljutott a tüköruniverzum lehetőségéig is. Az erről szóló első írás nem valamilyen szakmailag lektorált tudományos folyóiratban jelent meg, de így is felkeltette néhány szenzációra éhes napilap érdeklődését. A téma elég érdekes ahhoz, hogy mi is utánajárjunk a dolognak.

Az eredeti publikáció 2018-ban jelent meg a kanadai fizikustól, Latham Boyle-tól. Később John Learned, a Hawaii Egyetem asztrofizikusa már egy magas presztízsű folyóiratban egészítette ki az elképzelést. Ez utóbbi írás az ősrobbanás jelenleg széles körben elfogadott ΛCDM elméletére támaszkodik. 

Az Európai Űrügynökség (ESA) 2013-as képe a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásrólFotó: HO/AFP

Ebben a modellben a lambda (Λ), vagyis az Albert Einstein által a gravitációs egyenletben bevezetett állandó idézi elő az univerzum expanzióját, ezt egészíti ki a galaxisok forgását stabilizáló hideg sötét anyag, a CDM (cold dark matter).

Learned érvelésében rámutat a ΛCDM elmélet hiányosságaira is: bizonytalan a tágulás időbeli lefutására vonatkozó ismeret, és nincs valós magyarázat az anyag dominanciájára az antianyag felett. Ennek oka, hogy amikor a sugárzásból anyag jön létre, valamennyi megfigyelés szerint azonos mennyiségben produkál anyagot és antianyagot, amelyek viszont az ősrobbanás-forgatókönyvek szerint teljes egészében szétsugározódnának.

Boyle elképelését arra alapozza, hogy amikor visszafelé haladunk az időben és eljutunk a szingularitásig, ahol egyetlen pontba sűrűsödik össze az univerzum, nem áll meg a világ átalakulása, hanem továbbhalad visszafelé, de ekkor már növekedve. Ez az állapot felel meg jelenlegi univerzumunk tükörképének. Az elképzelés rokonságot mutat a Qubiten korábban felvetett lehetőséggel, amely szerint az univerzum pulzál a táguló és zsugorodó szakaszok között. A nagy különbség abban van, hogy az említett modellben nem kell átlépni a szinguláris állapotot, a fordulat valahol a sötét univerzum korszakában történhet meg.

Szimmetria

Boyle elképzelése szerint tehát volt egyszer egy tüköruniverzum, amely a szingularitáson áthaladva hozta létre mai világunkat. A fordulópont után eltelt 370 millió év, amíg az univerzum sötét volt, mert a negatív töltésű elektronok a hatalmas hőmérséklet miatt nem találtak rá a pozitív atommagokra, és a töltések áramlása minden sugárzást elnyelt. Majd az univerzum lehűlése miatt kialakultak a semleges töltésű atomok, ekkor már átengedve a sugárzást. Ezt figyelhetjük meg ma is a mikrohullámú háttérsugárzás formájában. Boyle elképzelését egy kozmikus kúphoz hasonlítja, amelynek szűkülő csőre a túloldalt egy másik kúpba tágul ki. Ez az elképzelés olyan történetet mond el, amelyet nem láthatunk, mert a sötét korszak elnyeli az összes fényt. Boyle hipotézise mellett a szingularitás egyszerűségével érvel, amely matematikailag könnyebben kezelhető, mint a relativitáselmélet sok egyéb szingularitása. Ennek alapja a kettős kúpszerkezet, ami átlépi az ősrobbanás elmélet bizonytalanságba vesző Planck korszakát, amely egyébként megálljt parancsol az elméleti fejtegetéseknek. Bár megfordítjuk az időt, hogy eljuthassunk a tüköruniverzum létezéséhez, mégsem sérül az ok-okozati elv – éppen ez a megfigyelhetetlen világ lehet teremtője mai univerzumunknak. Ez a világ számunkra nem látható, de Boyle szerint rendelkezik egy olyan többletszimmetriával, ami nincs meg a miénkben. Ez a szimmetria a CPT tükrözéshez kapcsolódik.

Nézzük meg röviden, hogy mi is a CPT szimmetria! Ennek kiindulópontja a paritássértés megfigyelése volt a neutron bétabomlásakor (ezt jelöli a P), amit Chien-Shiun Wu kísérlete mutatott ki 1956-ban a Columbia Egyetemen. (Itt a Live Science újságírója, Rafi Letzter – akinek beszámolójára ismertetésünk  támaszkodik – tesz egy maliciózus megjegyzést a felfedezés bemutatásakor. Kiemeli, hogy a két férfi munkatárs, aki a kísérlet elvégzését javasolta (Tsung-Dao Lee és Chen Ning Yang) az eredményért Nobel-díjat kapott 1957-ben, de Wu kisasszony, a mérés végrehajtója, már kimaradt a díjazásból.) 

Sötét anyag

A paritássértés szimmetriája viszont helyreáll, ha bevezetjük a töltéskonjugációt (ezt jelöli C), amikor anti-neutron bomlását figyeljük meg, ahol a negatív töltésű elektron helyett pozitronokat detektálunk. Léteznek azonban olyan részecskebomlások is, ahol még a CP tükrözés szimmetriája is sérül, de ez is helyreállítható, ha bevezetjük a T időtükrözést. Ez a CPT szimmetria lett a modern fizika elméletének Szent Grálja. A részecskebomlás szintjén ez rendben is van, de az ősrobbanás-elmélettel már nincs összhangban, hiszen a tökéletes CPT szimmetria megakadályozza, hogy az ősrobbanás után kialakuljon az anyag fölénye az antianyag felett. Ennek feloldására javasolja Boyle a kétkúpos téridőmodellt, ahol már érvényesül a CPT szimmetria!

Boyle azonban nem áll meg itt, hanem egyúttal magyarázatot kínál a rejtélyes sötét anyag eredetére is. Elképzelése szerint a neutrínóknak létezik egy negyedik típusa is. A Standard Modell szerint minden elemi részecskének három típusa van, így például az elektronnak van két „nagytestvére”, a müon és a tau részecske. Hasonlóan a neutrínóknak is három típusa kétezik, melyeknek azonban csak egyféle sodrásirányuk van, ami a bal kéz szimmetriájának felel meg. Ez azt jelenti, hogy a haladási irányhoz képest a spin mindig úgy forog, mint egy balmenetes csavar. 

Jobb vagy bal?

Csakhogy a tüköruniverzumban ez épp fordítva lehet – folytatja a hipotézisek sorát Boyle. Hivatkozik is egy az Antarktisz fölé bocsátott ballonnal végzett megfigyelésre, amelyben eddig nem azonosított, 480 PeV energiájú új részecskét találtak, amely az űrből érkezve áthatolt a Földön és a több kilométer vastagságú jégen is. 

Talán épp egy jobbsodrású neutrínó érkezett a tükörvilágból? Hiszen a neutrínó töltés híján nem csapdázódik az univerzum sötét korszakában sem, és általa hírt kaphatunk az ősi tükörvilágból. Learned szerint ez az új részecske töltheti fel sötét anyaggal univerzumunkat is.

Az elképzelés kapcsán sok kérdés merül fel: hogyan képződik ez a részecske, miért csak egy típusa lenne, honnan származik rendkívüli stabilitása? Ezek és más kérdések is tisztázásra várnak. Learned és Boyle is óvatos, maguk is kételkednek az elmélet több pontjában, viszont a kérdést rendkívül érdekesnek tartják. Arra még várni kell, hogy a tudomány befogadja elméletüket, de néha nem árt, ha tudósként szabadon engedjük fantáziánkat.

A szerző fizikus, a BME és az ELTE címzetes egyetemi tanára. A Kalandozások a fizikában címen a Qubiten futó sorozatának korábbi írásai itttudósportréi pedig itt találhatók.   

A hírekről sok helyen tájékozódhatsz. A Qubit krízisben és békeidőben is arra törekszik, hogy az események mögött álló mélyebb összefüggéseket is megértsük – szigorúan a modern tudomány szemszögéből, több mint 100 tudós-szerzőnk és szakértő újságíróink révén. Ez nekünk sokba kerül, de reméljük, nektek is sokat ér.
Támogasd a Qubit fennmaradását!

Korábbi kapcsolódó cikkeink: