物理定律曾经是不同的，这可以解释你为什么存在

物理定律曾经是不同的，这可以解释你为什么存在

时间戳：6年2023月12日下午59:XNUMX
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06年2023月XNUMX日（Nanowerk新闻) 根据佛罗里达大学天文学家进行的一项令人费解的研究，物理学定律在宇宙诞生之初肯定与现在不同，该研究提供了恒星、行星和生命本身为何能够在宇宙中形成的线索宇宙。 在分析了数百万、数万亿个星系群的分布后，科学家们发现物理定律曾经更喜欢一组形状而不是它们的镜像。 就好像宇宙本身曾经偏爱右撇子而不是左撇子，反之亦然。 这些发现部分是由 UF 的超级计算机 HiPerGator 促成的，它试图解释宇宙学中也许最大的问题：为什么万物存在？ 那是因为在创造的最初时刻，某种用手习惯是解释为什么宇宙是由物质构成的，物质构成了我们所看到的一切。 结果还有助于证实宇宙起源大爆炸理论的核心原则。 “我一直对有关宇宙的大问题很感兴趣。 宇宙的开始是什么？ 它的演化规律是什么？ 为什么有而不是没有？” 负责监督这项新研究的佛罗里达大学天文学教授 Zachary Slepian 说。 “这项工作解决了这些大问题。” Slepian 与 UF 博士后研究员和该研究的第一作者 Jiamin Hou 以及劳伦斯伯克利国家实验室物理学家 Robert Cahn 合作进行了分析。 三人在杂志上发表了他们的发现 皇家天文学会月刊 (“斯隆数字巡天重子振荡光谱巡天第十二次数据发布 CMASS 和 LOWZ 星系大尺度 4 点相关函数中奇偶校验模式的测量”).

镜像

他们的研究旨在寻找违反物理学中称为“奇偶对称”的概念，该概念指的是类似于左手或右手的镜像反射。 物理学中的许多事物都可以说具有旋手性，例如电子的自旋。 不过，今天的物理定律通常并不关心这种自旋是左旋还是右旋。 无论旋向如何，均等或对称地应用物理定律被称为宇称对称性。 唯一的问题是奇偶对称性一定在某个时候被打破了。 一些古老的宇称违反——在遥远的过去对右手或左手的某种偏好——需要解释宇宙如何创造比反物质更多的物质。 如果宇宙大爆炸期间宇称对称成立，那么等量的物质和反物质就会结合，相互湮灭，让宇宙完全空无一物。 因此，在最近发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，Slepian、Hou 和 Cahn 提出了一种创造性的方法来寻找宇称在大爆炸期间确实被违反的证据。 他们的想法是想象夜空中四个星系的每一种可能组合。 用假想线将这四个星系连接在一起，就形成了一个倾斜的金字塔，一个四面体。 这是可能的最简单的 3D 形状——因此也是最简单的具有镜像的形状，是宇称对称性的关键测试。 他们的方法需要为一百万个星系中的每一个分析一万亿个可能的四面体，数量惊人的组合。 “最终我们意识到我们需要新的数学，”Slepian 说。 因此，Slepian 的团队开发了复杂的数学公式，允许在合理的时间内进行大量计算。 它仍然需要相当大的计算能力。 “我们在 HiPerGator 超级计算机及其先进的 GPU 上拥有 UF 的独特技术，使我们能够使用不同的设置运行分析数千次来测试我们的结果，”他说。 Slepian 的小组发现，事实上，宇宙将早期对左手或右手物​​质的偏好印在了最终成为今天星系的物质上。 （不过，复杂的数学使得很难说出这种偏好是右撇子还是左撇子。）他们以一种被称为七西格玛的确定性确定了他们的发现，这是一种衡量实现结果的可能性的方法仅基于机会。 在物理学中，显着性为 XNUMX 西格玛或更高的结果通常被认为是可靠的，因为在这个水平上出现偶然结果的几率微乎其微。 一位前 Slepian 实验室成员使用 Slepian、Cahn 和 Hou 提出的方法进行了一项类似的分析，确定了相同的普遍用手习惯偏好，尽管由于研究设计的差异，统计可信度略低。 潜在测量的不确定性仍然有可能解释这种不对称性。 值得庆幸的是，来自下一代望远镜的更大的星系样本可以在短短几年内提供足够的数据来消除这些不确定性。 UF 的 Slepian 小组将作为暗能量光谱仪器望远镜团队的一部分，对这一新的、更强大的数据进行分析。 这不是第一次发现宇称违反，但它是第一个可能影响宇宙中星系三维集群的宇称违反的证据。 基本力之一，弱力，也违反宇称。 但它的范围极其有限，无法影响星系的规模，也无法解释宇宙中物质的丰度。 这种普遍的影响需要在大爆炸的那一刻发生宇称违反，这段时期被称为暴涨。 “由于宇称违反只能在暴胀期间印在宇宙上，如果我们发现的是真的，它就为暴胀提供了确凿的证据，”Slepian 说。 Slepian 实验室的发现还不能解释物理定律是如何改变的，这将需要超越标准模型的新理论，该理论可以解释我们当前的宇宙。

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