A kanadai kutatóintézet, a Perimeter Elméleti Fizikai Intézet (Perimeter Institute for Theoretical Physics) kutatóinak, Neil Turoknak, Latham Boyle-nak és a Manchester Egyetem fizikusának, Kieran Finn-nek közös, az Annals of Physicsben megjelent tanulmánya egy potenciálisan sok kérdést megmagyarázó elméletet vet fel: mi lenne, ha az ősrobbanáskor nem csak az általunk ismert univerzum jött volna létre, hanem egy másik is, ami tökéletes szimmetriát alkot a "normál" univerzummal? Ez az iker-univerzum alapvetően mindenben egyezne a párjával, csak éppen úgy kell rá tekinteni, mintha egy tükörben látszana:

az idő visszafelé halad, a részecskék töltései fordítottak és az antianyag több benne, mint a látható anyag.

De hogyan merült fel az iker-univerzum gondolata és mire jó az új elmélet?

A kutatók az úgynevezett CPT-szimmetria kérdését vizsgálták, ami a világ fizikai folyamataira jellemző: a C (charge, töltés), P (parity, paritás vagyis egyenértékűség) és T (time, idő) szimmetriája azt jelenti, hogy amennyiben ezen három faktort egyidejűleg megfordítjuk egy folyamat során, vagyis egyszerre következik be a töltés tükrözése, a paritás váltása és az idő tükrözése is, akkor a szimmetria, amely egyébként, csak egy-egy faktor váltásakor sérülhetne, mindig tökéletes marad, így az interakció és annak "tükörképe" egyformán zajlik le. Ha a CPT-szimmetria ilyen megbízhatóan működik az interakciók során, akkor pedig lehetséges, hogy nem csak a részletekre, hanem az egész képre jellemző, vagyis a teljes világegyetem a CPT-szimmetria elve alapján működik. Ebben az esetben lennie kell egy másik univerzumnak, ami az általunk ismert fordítottja, egy anti-univerzum, ahol visszafelé folyik az idő és ahol a részecskék töltései az ellentetjei a körülöttünk lévő részecskéinek.

A radikális, bár egyszerű teória, amennyiben igaznak bizonyulna, sok mindent megmagyarázna, ami fejtörést okoz a kutatóknak és olyasmit is, amire leginkább filozófiai vagy vallási kérdésként lehet tekinteni: például, hogy mi történt az ősrobbanás előtt, vagy hogy mi is az a sötét anyag. Ha az anti-univerzum létezne, az ősrobbanás előtti időket képviselné vagy töltené ki, ahogy a kutatók írják:

"Az ősrobbanás előtti univerzum a robbanás utáni univerzum CPT visszatükröződése, klasszikus és kvantummechanikai értelemben is, így a világegyetem nem szegi meg spontán módon a CPT-t."

Az elmélet felvetése szerint így ez a CPT-szimmetrikus univerzum egy univerzum/anti-univerzum páros, ami a semmiből tűnt elő, és létrejötte nem igényelte a kozmikus inflációt, felfúvódást, így a sokat kutatott (és egyes vizsgálatok szerint megtalált), az ősrobbanás utáni másodperc törtrésze alatt keletkezett gravitációs háttérhullámok sem léteznek, mivel azokat az akkor mozgásba kerülő hatalmas energiák idézték volna elő, amelyek a felfúvódás hiányában nem jöttek létre.

A sötét anyagot illetően a teória a következő magyarázatot adja: a CPT-szimmetrikus univerzumnak tartalmaznia kell jobbkezes neutrínókat, amelyeket eddig nem találtak meg a világunkban a fizikusok, az összes korábban megfigyelt neutrínó balkezesnek bizonyult. A jobbkezesség azt jelenti, hogy a mozgás irányához viszonyítva a részecske ebbe az irányba perdül (a spinje jobb irányú) és ezek a jobbkezes részecskék, pontosabban a három közül egyik fajtájuk felelhetnek meg a sötét anyagnak, mivel a sötét anyag, definíciója szerint olyan láthatatlan összetevője a világegyetem szövetének, amire csak a gravitációs vonzással kapcsolatos megfigyelések alapján következtetnek a fizikusok.

"Az általunk festett képen a (jobbkezes neutrínók) a gravitációval jönnek létre,

az alapvető tény, hogy az univerzum a CPT-invariáns állapotban van, arra utal, hogy ez a neutrínó nem-zéró gyakorisággal rendelkezik." - írják a kutatók a tanulmányban és a számítások alapján azt is egészen pontosan meghatározták, hogy milyen tömeggel kell rendelkeznie ezeknek a részecskének, ahhoz, hogy a sötét anyagnak megfeleljenek: 4,8×10 8 GeV-tal. Korábbi kísérletek során az egyes (balkezes) szellemrészecskék maximális tömegét már sikerült megmérni, eszerint 0,8 elektronvolt alatti a tömegük, bár a minimum értéket nem határozták meg. A hatalmas tömegkülönbség nem meglepő, sőt, korábbi elméletek is megjósolták, hogy a jobbkezes rokonok jóval nehezebbek, mint az extra könnyű balkezes neutrínók.

Az elmélet még egy rejtélyre, az univerzumban túlerőben lévő anyag és ennél kevesebb antianyag mértékére is nyújt egy lehetséges indoklást: a CPT-szimmetrikus univerzumban az anti-univerzum több antianyagot tartalmaz, létrejöttükért a leptogenezis folyamata felel. A nehezebb neutrínók túl instabilak és lebomlanak a korai univerzumban, ez a bomlás alkotja az anyag-antianyag mennyiségének eltérését.

Az iker-univerzum ötlete egyelőre csak hipotézis, és bármennyi homályos részletre is magyarázatot nyújthatna, inkább gondolatkísérletnek számít, nem mérésekkel bizonyítható elméletnek. A bizonyítás sem kizárt azonban, több lehetőség is kínálkozik arra, hogy a teória alátámasztására szolgáló jelek után kutassanak a fizikusok. Az egyik ígéretes módszert a neutrínók vizsgálata jelenti, amely egyébként is egyre nagyobb figyelmet kap a kutatások során a világ minden táján: az elmélet szerint a jobbkezes neutrínókat nem lehet megfigyelni ugyan, de a könnyebb neutrínók mindegyike Majorana-részecske, vagyis önmaga antirészecskéje is egyben, közülük a legkönnyebb pedig nem rendelkezik tömeggel. A szellemrészecskék maximális tömegét már megmérték, így lehet, hogy csak idő kérdése és arra is fény derül, hogy a minimum tömeg mennyi lehet.

A másik módszer az ősrobbanáskor keletkezett gravitációs háttérhullámok hiányának bizonyítása lehetne, ami lényegében megvalósíthatatlan, de amennyiben az összes ezzel kapcsolatos kutatás eredménytelenül zárul, az akár nyomravezető jel is lehet. Néhány kérdésre pedig egyelőre nem ad válaszokat az új teória, de a kutatók ezeket is igyekeznek integrálni ezeket is az elméletbe:

"A CPT-szimmetrikus univerzum megértésének ezen szakaszában nem állíthatjuk, hogy teljes mértékben megmagyarázza a homogenitást, az izotrópiát vagy az univerzum laposságát, sem a ősi sűrűség-perturbációk erőspektrumát",

de bizonyos összefüggéseket feltártak ezeken a területeken is.

(Livescience Fotó: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch, NASA/STScI, Magellan/U.Arizona/D.Clowe, ESO WFI, Pixabay/Willgard/illusion-X)

Egy ausztráliai atomreaktorban derülhet ki, hogy tud-e több irányba is telni az idő Bár az idő múlása a mi szempontunkból teljesen lineárisnak tűnik, a tudósok régóta feltételezik, hogy az idő nem csak egy irányba tud folyni. Az elméletet hamarosan Ausztrália egyetlen működő atomreaktorában fogják igazolni - vagy cáfolni.