Language
Country/Area
No result found
Нарушение правил пространства-времени? Возможность и проблема нарушения симметрии CPT!
Среди основных законов физики ключевую роль играют симметрия заряда (C), четности (P) и переворота времени (T). Комбинация этих квантов создает симметрию CPT, которая считается единственной точной симметрией в природе, наблюдаемой на фундаментальном уровне. Согласно теореме CPT, все лоренц-инвариантные локальные квантовые теории поля должны обладать этой симметрией. Другими словами, если бы существовала зеркальная и обращенная во времени Вселенная из антивещества, ее физические законы были бы точно такими же, как наши. Такое утверждение заставляет людей глубоко задуматься: существует ли в рамках концепции мультивселенной вселенная из антиматерии, которую мы фактически не можем наблюдать?
Историческое введение
Первое появление теоремы CPT относится к 1951 году, когда Джулиан Швингер попытался доказать связь между спином и статистикой. В 1954 году Герт Людерс и Вольфганг Паули дали более четкое доказательство, поэтому эту теорему иногда называют теоремой Людерса-Паули. Позже Джон Стюарт Белл независимо доказал эту теорему.
Эти доказательства основаны на принципе локальности во взаимодействии лоренц-инвариантности и квантовых полей.
В ходе исследований конца 1950-х годов исследователи обнаружили, что постепенно проявляются нарушения P-симметрии при слабых взаимодействиях. В то же время имеют место и достоверные нарушения симметрии С. Хотя когда-то считалось, что CP-симметрия сохраняется, исследования 1960-х годов показали, что это представление ошибочно, и также было обнаружено, что T-симметрия нарушается в соответствии с CPT-инвариантностью.
Вывод теоремы CPT
Процесс вывода теоремы CPT предполагает понимание подъема Лоренца, который можно рассматривать как операцию поворота оси времени к оси Z. Если параметр вращения реальный, то поворот на 180 градусов изменит время и направление Z. Такие изменения являются отражением пространства для любого измерения пространства.
Используя теорию Фейнмана-Штукельбурга, мы можем понимать античастицы как их аналоги-частицы, движущиеся в обратном времени.
Это объяснение требует небольшого аналитического продолжения и корректно определено только в том случае, если выполняются следующие предположения: теория лоренц-инвариантна, вакуум лоренц-инвариантен, а энергия ограничена сверху вниз. Когда эти условия выполняются, квантовую теорию можно расширить до теории Евклида. Благодаря коммутационному соотношению между оператором Гамильтона и генератором Лоренца гарантируется, что лоренц-инвариантность эквивалентна инвариантности вращения, поэтому любое состояние можно повернуть на 180 градусов. Этот факт можно использовать для доказательства теоремы о спиновой статистике.
Последствия и последствия
Значение CPT-симметрии заключается в том, что «зеркальное отражение» нашей Вселенной будет точно таким же с точки зрения физических законов, то есть информация о положении всех объектов будет упорядочена посредством отражения в любой точке, весь импульс будет изменен на противоположное, и вся материя будет заменена антиматерией.
Преобразование CPT превращает нашу Вселенную в свое «зеркальное отражение» и наоборот.
Поэтому симметрия CPT считается основной особенностью физических законов. Чтобы сохранить эту симметрию, нарушение симметрии любых двух компонентов (например, CP) должно соответствовать нарушению третьего компонента (например, T). И математически это одно и то же. Нарушения Т-симметрии часто называют CP-нарушениями. Стоит отметить, что теорему CPT также можно обобщить для рассмотрения групп гвоздей при определенных условиях. В 2002 году Оскар Гринберг доказал, что нарушения CPT предполагают нарушение симметрии Лоренца при разумных предположениях.
Нарушения CPT предсказываются некоторыми моделями теории суперструн и некоторыми моделями, выходящими за рамки квантовой теории поля точечных частиц. Некоторые ученые полагают, что компактные размеры, такие как размер Вселенной, также могут вызывать нарушения CPT, в то время как неединичные теории, такие как черные дыры, нарушающие унитарность, также могут нарушать CPT. Стоит отметить, что поля с бесконечным спином могут нарушать симметрию CPT. На сегодняшний день большинство экспериментов по нарушениям Лоренца не дали положительных результатов, и Костельский и Рассел провели подробную статистику этого результата в 2011 году.
При дальнейшем исследовании CPT-симметрии и ее нарушений мы, возможно, сможем раскрыть более глубокие тайны Вселенной. Но какие методы в этом процессе будет использовать наука, чтобы бросить вызов традиционным концепциям и позициям?
