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破壞時空規則？CPT對稱性違背的可能性與挑戰！
在物理學的基本法則中，電荷（C）、宇稱（P）與時間翻轉（T）對稱性扮演著關鍵的角色。這些量子的結合形成了CPT對稱性，這是被認為自然界上唯一在基本層面上觀察到的精確對稱性。根據CPT定理，所有的洛倫茲不變的局部量子場理論都必須擁有這一對稱性。換句話說，若存在一個反物質的、鏡像的和時間倒轉的宇宙，其運行的物理法則應當與我們的宇宙完全相同。這樣的主張不禁引人深思：在多元宇宙的概念下，是否存在著我們無法實際觀察的反物質宇宙呢？
歷史簡介
CPT定理的首次出現可以追溯到1951年，當時朱利安·施溫格試圖證明自旋與統計之間的聯繫。到了1954年，赫特·呂德斯和沃爾夫岡·保利給出了更明確的證明，因此這一定理有時被稱為呂德斯-保利定理。此後，約翰·斯圖爾特·貝爾也以獨立方式證明了這一定理。
這些證明基於洛倫茲不變性與量子場相互作用中的局部性原則。
隨著1950年代末的研究，科研人員發現弱相互作用下P對稱性的違反現象逐漸浮出水面。同時，也出現了C對稱性的可靠違反。儘管CP對稱性曾一度被認為是保留的，但1960年代的研究卻揭示出這一認知是錯誤的，從而根據CPT不變性，T對稱性也被發現存在違反。
CPT定理的推導
推導CPT定理的過程涉及對洛倫茲提升的理解，這可以視為將時間軸旋轉至Z軸的一種操作。倘若這一旋轉參數為實數，那麼一個180度的旋轉將會反轉時間與Z的方向。這樣的變化對於任何維度的空間而言，都是一種空間的反射。
採用費曼-斯圖克爾堡理論，我們可以將反粒子理解為時間反向運行的對應粒子。
這一解釋需要輕微的解析延續，僅在以下假設成立時才能得到良好定義：理論具有洛倫茲不變性、真空具有洛倫茲不變性、能量向下有界。當這些條件成立時，量子理論可以被擴展為歐幾里得理論。由於哈密頓算符和洛倫茲生成子的對易關係，保證了洛倫茲不變性等同於旋轉不變性，因此任何狀態都能被旋轉180度。這一事實可用於證明自旋-統計定理。
後果與含義
CPT對稱性的意義在於，我們的宇宙的「鏡像」將會在物理法則上完全相同，即所有物體的位置信息都會透過任意點的反射排列，所有動量將會翻轉，並且所有物質都會被反物質所取代。
CPT變換使我們的宇宙變為其「鏡像」，反之亦然。
因此，CPT對稱性被認為是物理法則的基本特徵。為了保留該對稱性，任兩組分量的對稱性破壞（如CP）必須對應於第三組分量的破壞（如T）。而且在數學上，這些都是相同的。T對稱性的違反往往被稱作CP違反。值得一提的是，CPT定理在某些條件下還能夠被推廣以考慮釘子群體。在2002年，奧斯卡·格林伯格在合理假設下證明CPT違反暗示洛倫茲對稱性的破壞。
有關於CPT違反的現象，被一些超弦理論模型與某些超出點粒子量子場理論的模型所預測。某些科學家認為，如宇宙大小的緊湊維度也可能導致CPT違反，而非單位理論，比如黑洞侵犯了單位性，也可能違反CPT。值得注意的是，具有無限自旋的場可能會違反CPT對稱性。至今為止，對於洛倫茲違反的大多數驗實驗均未獲得正面結果，2011年由科斯特爾茨基和拉塞爾對這一結果進行了詳盡統計。
隨著對CPT對稱性及其違反現象的進一步探索，我們或許能夠揭示宇宙更深層次的奧祕。但在此過程中，科學將運用怎樣的方式去挑戰傳統觀念與立場呢？
