Paralelný vesmír nemusí byť sci-fi. Vedci hovoria o „zrkadlovej kópii“ sveta, ktorá sa nás dotýka len jedinou silou

Ak si fanúšik kultovej série Star Trek, určite poznáš slovné spojenie mirror universe, tzv. zrkadlový vesmír. Je to paralelný vesmír ktorý existuje zároveň s fiktívnym svetom Star Trek, ale predsa len oddelene.

To, čo si možno doteraz nevedel, je to, že teória s identickým názvom má svoje miesto aj v našom reálnom vedeckom svete, len je trochu iná, ako názov naznačuje.

Hypotéza zrkadlového vesmíru z Perimeter Institute tvrdí, že okrem nášho známeho sveta existuje aj paralelný „zrkadlový“ sektor. Tento sektor by obsahoval zrkadlové verzie všetkých častíc (zrkadlové elektróny, protóny, fotóny atď.), ktoré by sa navzájom správali rovnako ako naše častice, ale s nami by prakticky neinteragovali.

Jediné silné spojenie medzi oboma sektormi by bola gravitácia, prípadne veľmi slabé „miešanie“ niektorých častíc. Prezentované modely sa líšia v tom či je „zrkadlový sektor“ úplne identický (symetrický), alebo má iné parametre ako teplota alebo asymetria baryónov (skupina častíc, poznámka redakcie).

Vedci predstavili nástroj, ktorý môže odhaliť Alzheimerovu chorobu roky vopred. Predikcia vychádza z unikátnych dát

Táto myšlienka je atraktívna, pretože môže vysvetliť porušenie parity (ľavopravej symetrie) vo fyzike a najmä zloženie temnej hmoty, ktorú dodnes nepoznáme.

V 50. rokoch 20. storočia Tsung-Dao Lee a Yang Chen-Ning navrhli, že slabé interakcie nemusia zachovávať paritu (ľavúpravú symetriu). Ich návrh dospel k experimentom, ktoré ukázali, že slabé sily naozaj rozlišujú ľavú a pravú – teda na úrovni slabých interakcií nie je parita automaticky zachovaná.

To viedlo k myšlienke, že ak parita nie je symetriou nášho sektora, možno existuje zrkadlový sektor, v ktorom by parita bola „vrátená“ – čiže, jeho častice by pôsobili ako zrkadlové obrazy našich, pričom globálne paritné zrkadlo vesmíru by bolo zachované. Pôvodná teoretická diskusia a experimentálne overenie tejto myšlienky sú známe z práce T. D. Lee a C. N. Yang z roku 1956 s názvom Wu experiment a nasledujúcich testovaní.

Výskum rozlišuje viacero možností a teórií, my ti prinášame 3 najpopulárnejšie.

Presný (symetrický) zrkadlový svet

Zrkadlové častice sú presnými kópiami našich. Zrkadlový sektor má rovnakú fyziku, ale veľmi slabú interakciu s našou hmotou. Takýto model prirodzene ponúka kandidáta na temnú hmotu, zrkadlové atómy, hviezdy či plyn.

Bol by to doslova duplikát nášho sveta, ale s jedným kľúčovým rozdielom. Zrkadlové častice prakticky nereagujú s našimi, okrem gravitácie.

To znamená, že ak existuje zrkadlová hmota, prechádzala by cez nás a naše detektory bez akéhokoľvek signálu – podobne ako temná hmota.

Obnovuje sa tým parita, teda rovnováha medzi „ľavým“ a „pravým“ vo vesmíre. Zrkadlová hmota je prirodzený kandidát na temnú hmotu. Zrkadlové hviezdy a galaxie by existovali paralelne, ale neviditeľne. Táto teória má najväčšiu teoretickú eleganciu – nič nemusíme umelo meniť, jednoducho existuje identický, ale oddelený svet. Príliš dokonalá kópia môže byť v rozpore s kozmologickými meraniami, najmä počas Veľkého tresku (BBN a CMB). Preto vznikli upravené modely, o ktorých si povieme nižšie.

Asymetrický (chladný) zrkadlový vesmír

Zrkadlový sektor síce stále existuje, ale jeho počiatočné podmienky nie sú totožné s naším svetom. Zrkadlový vesmír by mal po Veľkom tresku nižšiu teplotu. Môže mať inú baryónovú asymetriu (pomer hmoty a antihmoty). Zrkadlové častice môžu byť menej početné ako naše. Pri striktnom symetrickom modeli by zrkadlové častice počas Veľkého tresku pridali príliš veľa radiácie, čo by narušilo tvorbu prvých prvkov (BBN), zmenilo kozmické mikrovlnné pozadie (CMB) a nebolo by v súlade s pozorovaniami.

Zrkadlový sektor musí byť chladnejší – potom vyprodukuje menej žiarenia a nekazí kozmologické modely. Taktiež by sa zrkadlová hmota v tomto scenári správala ako asymetrická temná hmota. Môže prirodzene vysvetliť, prečo je hustota temnej a bežnej hmoty podobná. Táto možnosť všeobecne lepšie sedí s kozmologickými meraniami, ale vyžaduje špeciálne nastavenie parametrov (najmä vzťahu teplôt).

Modely s kinetickým miešaním

Tieto modely pripúšťajú slabé spojenie medzi naším svetom a zrkadlovým svetom. Hoci bežné a zrkadlové častice vo všeobecnosti spolu neinteragujú, môžu sa miešať prostredníctvom špeciálnych mechanizmov. Najčastejšie typy miešania zahŕňajú napríklad kinetické miešanie fotónov. Tento model hovorí, že fotón a zrkadlový fotón môžu mať malú väzbovú konštantu, ktorá spôsobí, že zrkadlové elektróny môžu veľmi slabo reagovať s našimi fotónmi a bežná hmota môže strácať energiu do zrkadlového sektora.

Ak je miešanie nenulové (aj keď extrémne slabé), dá sa testovať. Zahŕňa anomálie neutrónového rozpadu, zneviditeľnenie energie v experimentoch a slabé interakcie v detektoroch temnej hmoty. Taktiež existujú neviditeľné rozpady sústav častíc, ktoré sú skúmané. Niektoré experimenty už vytvárajú limity, ktoré presne určujú, ako veľké miešanie môže byť.

Tieto modely dávajú konkrétne predpovede a dajú sa experimentálne testovať, čo je veľmi pozitívne. Negatívne je, že zatiaľ žiadny signál nebol jednoznačne potvrdený.

Viacerí autori, napr. Berezhiani a Foot, ukázali, že takéto modely sú kompatibilné s pozorovaniami temnej hmoty a dokonca môžu riešiť otázku, prečo je hustota temnej hmoty a bežnej hmoty porovnateľná.

Umelá inteligencia berie prácu najmä Generácii Z. Odborníci varujú: „Je lacnejšia, no nie šikovnejšia“

Ako sa dá zrkadlový vesmír experimentálne testovať?

Neviditeľné rozpady ortopozitrónia

Ortopozitrónium (špeciálny stav sústavy častíc, teda elektrón + pozitrón) by sa mohlo premieňať na zrkadlové. Prejavilo by sa to ako „zmiznutie“ energie v experimentoch. Viaceré tímy vytvorili špeciálne aparáty na hľadanie takýchto rozpadov. Doteraz sa nenašlo nič definitívne, ale experimenty nastavujú prísne limity na možné miešanie fotónov.

Astrofyzikálne pozorovania

Mikrošošovkovanie môže zachytiť zrkadlové hviezdy alebo planéty. CMB a BBN poskytujú obmedzenia na počet a teplotu zrkadlových častíc a modely musia rešpektovať presné kozmologické merania.

Neutrínové experimenty

Keby neutrína kmitali so zrkadlovými partnermi, malo by to jemný, ale merateľný efekt na výsledky neutrínových detektorov. Zatiaľ však nič jednoznačné nebolo nájdené.

Hoci modely zrkadlového sveta sú teoreticky lákavé, je tu niekoľko problémov. Zatiaľ neexistuje žiadny priamy dôkaz – všetky doterajšie experimenty stanovili limity, nie potvrdenie. Potom sú tu, samozrejme, kozmologické obmedzenia, ako CMB a BBN, ktoré sú tak presné, že mnoho modelov musí byť „naladených“, aby neporušili známe merania.

Výskum zrkadlového sveta pokračuje najmä v oblastiach ako nové experimenty s ortopozitróniom, detektory tmavej hmoty citlivé na neštandardné interakcie, presné kozmologické merania (CMB, veľkorozmerná štruktúra) a nové modely asymetrickej temnej hmoty spájajúce bežný a zrkadlový sektor.

Posledné roky priniesli nové analýzy aj moderné prehľady, ktoré skúšajú možnosti, že temná hmota je aspoň sčasti zrkadlového pôvodu.

Čítaj viac z kategórie: Veda a vesmír