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神秘的“镜像世界”操控着宇宙

神秘的“镜像世界”操控着宇宙
【卡城华人网 www.calgarychina.ca】 2025-08-17 10:44

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【卡城华人网】神秘的“镜像世界”操控着宇宙

“暗物质”研究的两个新假说。

暗物质在宇宙中的分布。图中是阿贝尔520星系团的核心区。蓝色区域是星系团内质量最大的部分。这些质量的大部分是由暗物质提供的。NASA / ESA / CFHT / CXO

有科学家提出了新假说，认为所谓的“暗物质”可能而是由神秘“镜像暗区”里的“暗重子”坍缩而成的微型黑洞，或是“宇宙视界”上某种霍金辐射产生的。

当前暗物质的最佳候选者是所谓的“弱相互作用大质量粒子（WIMP）”。但寻找这种粒子的努力无一不以失败告终。而加州大学理论物理教授斯特凡诺·普罗夫莫（Stefano Profumo）新近创建的两个模型，从极为不同的视角，对暗物质之谜进行了审视。

普罗夫莫称，长期以来人们一直视暗物质为一种粒子，也竭尽全力寻找这种粒子，但始终一无所获。他认为可能需要从更宏观的层面来看待这个问题，或许我们思考这个问题的根本方法是错误的。

普罗夫莫在一篇论文中提出了“暗区（dark sector）”的概念，并认为这可能与暗物质有关。所谓暗区并非指我们宇宙如何被暗物质和暗能量主宰，而是认为宇宙中存在一个由我们无法体验的力结合在一起的粒子组成的“镜像世界”。

普罗夫莫认为，这一概念其实并没有听起来那么奇怪。构成质子和中子的夸克，是通过强互作用力结合在一起的。但是电子无法感知到强互作用力。在这里，强互作用力就是电子的暗区。此类现象在标准模型中很常见。

假说中的“暗重子”相当于暗区中的质子和中子，但它们可能包含三个以上的夸克，因此质量更大。暗重子的质量可能会大到发生自我坍缩，变成微型黑洞。这些微型黑洞可能在宇宙中大量存在，共同构成了我们所说的暗物质。

黑洞周围存在所谓的“视界”，视界内部引力极强，连光也无法逃脱。然而，“视界”本身却是“热”的——量子效应会导致其边界处形成粒子对，一个落入黑洞，另一个逃逸到外部。这就是所谓的“霍金辐射”。

霍金辐射会缓慢消耗黑洞质量。超大质量黑洞需至少10¹⁰⁰年才能蒸发完，远超宇宙理论上的寿命；而普朗克尺度——亦即理论上最小的微型黑洞，则有可能在宇宙存续期间蒸发殆尽。但是如果对暗重子黑洞的特性做作出一些界定，其霍金辐射就有可能在特定的条件下被抑制，它就能够成为暗物质的候选者。

此外普罗夫莫还提出了另一个基于霍金辐射的暗物质理论，但角度迥异。

宇宙演化史和宇宙视界位置示意图。发生在早期宇宙视界处的量子效应可能制造出了暗物质。Stefano Profumo

由于我们的宇宙在加速膨胀，来自超过特定距离远的宇宙的光永远无法到达地球。这就形成了一个可称为“宇宙视界（cosmic horizon）”的边界，亦即可观测宇宙边界。宇宙视界外部可能存在着更多更大的宇宙，但我们却永远也无法看到。

让我们回溯宇宙大爆炸的最初时刻。宇宙始于被称为暴胀的扩张性能量爆发。暴胀只持续了极短的一瞬（远不足一秒）。而部分理论模型认为，在这次暴胀之后还发生了第二次短暂的扩张性能量爆发。普罗夫莫认为这是一次微型暴胀，其发生的方式可能与第一次暴胀结束的方式有关，也有可能就是以与第一次暴胀相同的方式发生的。

第二次暴胀创造了所谓的宇宙视界。

今天的可观测宇宙直径达930亿光年（以地球为中心），且高度依赖观测者——观测者在宇宙不同区域会看到以自身为中心的不同可观测宇宙。可观测宇宙的庞大身型同时也意味着宇宙视界处的温度已经变得极低——因为空间本身已经极度扩展了。但是在第二次暴胀期间，宇宙的体积依然很小，密度依然很高，视界处的温度也依然极端炽热。

普罗夫莫意识到，这些早期的宇宙视界，与黑洞的视界极为相似。它们就像是内外翻转的黑洞——宇宙视界外部的一切与我们永远失联，就像是黑洞视界内部的一切与我们永远失联一样。因此普罗夫莫认为，就像霍金辐射会在黑洞的视界处发生一样，类似的现象也会在宇宙的视界处发生。而这种霍金辐射的能量可能会转化为某种“暗物质”粒子进入宇宙内部。

这结论看上去可能有些草率，因为宇宙视界的位置取决于观察者的位置。然而由于宇宙在最大的尺度上是均匀的，且具有各向同性——至少目前是普遍这么假设的，那么任何两个观察者无论身处宇宙的何处，理论上都会有数量相等的暗物质出现在他们的视野里。这就好比宇宙是一个里外翻转的黑洞，而每个观测者就是这个黑洞的中心。普罗夫莫表示，他并不认为暗物质的真相就只有这两种可能性。其提出两个版本理论的目的，只是想表明研究暗物质需要从尽可能宏观的层面来进行，并在具体的探测中撒下尽可能大的网。

目前人类对暗物质的唯一确定的认知，是它会通过引力影响这个世界。它很神秘，但是它却主宰着宇宙。然而我们对它的了解却一直停滞不前。或许方向真的错了？

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