Language
Country/Area
No result found
Ảnh hưởng bí ẩn của CPT đến quy luật của vũ trụ: Vũ trụ của chúng ta có thực sự độc nhất không?
Trong vật lý, các đối xứng CPT, cụ thể là liên hợp điện tích (C), đối xứng quark (P) và đảo ngược thời gian (T), là các đối xứng cơ bản theo mọi định luật tự nhiên. Sự đối xứng này được coi là sự đối xứng tuyệt đối duy nhất ở cấp độ cơ bản. Theo định lý CPT, tính đối xứng CPT đúng cho mọi hiện tượng vật lý, có nghĩa là bất kỳ lý thuyết trường lượng tử cục bộ nào có bất biến Lorentz và Hermitian Hamiltonian đều phải có đối xứng CPT.
"Đối xứng CPT là một quy luật tự nhiên sâu sắc và đẹp đẽ tiết lộ cấu trúc của vũ trụ và các ranh giới vận hành của nó."
Bối cảnh lịch sử
Định lý CPT xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1951 và khái niệm đối xứng đã được tiềm ẩn trong tác phẩm của Julian Schwinger. Sau đó, vào năm 1954, Hertha Lüders và Wolfgang Pauli đã đưa ra một chứng minh rõ ràng hơn, do đó định lý này đôi khi được gọi là định lý Lüders–Pauli. Đồng thời, John Stuart Bell đã độc lập chứng minh định lý này.
Những bằng chứng này dựa trên nguyên lý bất biến Lorentz và địa phương. Sau đó, vào năm 1958, Les Jost đã đưa ra một bằng chứng tổng quát hơn trong khuôn khổ lý thuyết trường lượng tử được công nhận. Với việc nghiên cứu sâu hơn, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng sự vi phạm đối xứng P xảy ra trong các hiện tượng liên quan đến tương tác yếu và các trường hợp vi phạm đối xứng C cũng rất phổ biến. Ban đầu, đối xứng CP được cho là không bị vi phạm, tuy nhiên vào những năm 1960 người ta cũng phát hiện ra rằng phát biểu này không đúng, nghĩa là theo tính bất biến CPT, đối xứng T cũng bị vi phạm.
Đạo hàm định lý CPT
Xét việc nâng Lorentz theo hướng z cố định, điều này có thể được hiểu là một phép quay của trục thời gian vào trục z, kèm theo một tham số quay tưởng tượng. Nếu tham số này đúng thì một góc quay 180° sẽ đảo ngược hướng của thời gian và z. Trong bất kỳ chiều nào, việc đảo ngược trục đều là sự phản ánh của không gian. Quá trình này có thể được giải thích bằng cách sử dụng các phản hạt của Feynman–Stueckelberg khi các hạt tương ứng chuyển động ngược thời gian. Giải thích này đòi hỏi phải tiếp tục phân tích một chút, điều này rõ ràng theo các giả định sau: lý thuyết là bất biến Lorentz; chân không là bất biến Lorentz và giới hạn năng lượng thấp hơn bị giới hạn;
Khi các điều kiện trên được giữ vững, lý thuyết lượng tử có thể được mở rộng thành lý thuyết Euclide bằng cách chuyển đổi tất cả các toán tử thành thời gian ảo. Mối quan hệ giao hoán giữa Hamiltonian và bộ tạo Lorentz đảm bảo rằng bất biến Lorentz có nghĩa là bất biến xoay, do đó bất kỳ trạng thái nào cũng có thể quay được 180 độ. Theo phản xạ CPT, fermion sẽ đổi dấu dưới hai lần phản xạ CPT, nhưng boson thì không. Tính chất này có thể được sử dụng để chứng minh định lý thống kê spin.
Hậu quả và hệ lụy
Ý nghĩa của đối xứng CPT là nếu có một “ảnh phản chiếu” của vũ trụ chúng ta, thì vị trí của mọi vật thể đều được phản ánh qua một điểm tùy ý (tương ứng với nghịch đảo đối xứng), mọi động lượng đều bị đảo ngược (tương ứng với đảo ngược thời gian), và tất cả vật chất Được thay thế bằng phản vật chất (tương ứng với sự đảo ngược điện tích), một vũ trụ như vậy cũng sẽ tiến hóa theo các quy luật vật lý tương tự. Phép biến đổi CPT biến vũ trụ của chúng ta thành "hình ảnh phản chiếu" của nó và ngược lại. Do đó, tính đối xứng CPT được thừa nhận là một tính chất cơ bản của các định luật vật lý.
Để duy trì tính đối xứng này, bất kỳ sự vi phạm tính đối xứng nào của hai thành phần của nó (ví dụ CP) phải có sự vi phạm tương ứng ở thành phần thứ ba (ví dụ T); thực sự, về mặt toán học mà nói, những điều này giống nhau. Do đó, vi phạm đối xứng T thường được gọi là vi phạm CP. Định lý CPT có thể được khái quát hóa để xem xét trường hợp của nhóm chân. Năm 2002, Oscar Greenberg đã chỉ ra rằng, với những giả định hợp lý, vi phạm CPT hàm ý vi phạm đối xứng Lorentz.
Một số mô hình lý thuyết dây, cũng như một số mô hình ngoài lý thuyết trường lượng tử hạt điểm, có thể vi phạm CPT. Một số vi phạm được đề xuất đối với bất biến Lorentz, chẳng hạn như các kích thước nhỏ gọn với kích thước vũ trụ, cũng có thể dẫn đến vi phạm CPT. Hơn nữa, các lý thuyết không đơn vị, chẳng hạn như giả thuyết cho rằng lỗ đen vi phạm tính nhất thể, cũng có thể vi phạm CPT vì quan điểm kỹ thuật là các trường có spin vô hạn có thể vi phạm tính đối xứng CPT. Cho đến nay, phần lớn các phát hiện thử nghiệm về vi phạm Lorentz đều mang tính tiêu cực. Năm 2011, Kostelecky và Russell đã tiến hành thống kê chi tiết về những kết quả này.
Chúng ta có thể đạt được những hiểu biết mới về cách thức vũ trụ hoạt động từ đối xứng CPT, nhưng ý nghĩa sâu xa hơn của nó là gì? Phải chăng điều này có nghĩa là vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong vô số vũ trụ có thể có?
