この世には、時間が逆行する鏡写しの「反宇宙」が存在するかもしれない

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　この世には宇宙の初めの爆発、「ビッグバン」へと時間が逆流する「反宇宙」なるものが存在するかもしれないそうだ。

　この理論では、初期宇宙は小さく、熱く、高密度で、時間が前後で対称的に見えるほど均一だったと仮定している。

　仮にこれが正しいのだとすれば、「ダークマター（暗黒物質）」はそれほど神秘的なものではなくなる。「ニュートリノ」という幽霊のような粒子の新しいタイプにすぎないことになるからだ。

　また、「ビッグバン」後、宇宙がごく短期間のうちに爆発的に膨張（インフレーション）する必要もなくなる。

　まるで鏡写しのような「反宇宙」は本当に存在するのか？

宇宙に存在する3つの対称性

　この宇宙には本質的な「対称性」が存在する。もっとも重要な対称性は、「チャージ」（相互作用している全粒子のチャージを正反対にしたら、まったく同じ相互作用が起きる）、「パリティ」（相互作用の鏡像もまた、同じ結果になる）、「時間」（相互作用の時間の流れを逆転させれば、まったく同じに見える）の3つだ。

　物理的な相互作用は、ほとんどの場合これらの対称性を守っているが例外もある。しかし、3つの対称性のすべてが同時に破れた瞬間が観察されたことは、過去に一度もない。

　だから仮に、この世で起きているありとあらゆる相互作用の1つ1つを観察しながら、チャージを反転させ、鏡に映し、時間を逆転させたとしたら、どれもまったく同じように振る舞うはずだ。

　こうした基本的な対称性のことを、それぞれの頭文字（Charge、Parity、Time）をとって「CPT対称性」という。

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対称性を宇宙全体に適用する

　『Annals of Physics』に投稿された論文（arXivで閲覧可能）では、この結合対称性を拡張するよう提案している。

　通常、対称性は相互作用、すなわちこの宇宙の物理を構成する「力」と「場」にしか適用されない。だが、もしそれがきわめて重要なものなのであれば、宇宙全体に適用してもいいはずだ。

　つまりただ宇宙の”役者”（力と場）にだけ適用するのではなく、”舞台”（宇宙に存在するあらゆる物理物体）にも適用しようというのである。

　私たちは膨張する宇宙で暮らしている。この宇宙には無数の粒子が満ちており、興味深いことをいくつも行いつつ、未来へ向かって進化する。

　だがもしも、CPT対称性を宇宙全体に適用するとしたら、今見ている宇宙は全体像ではなくなる。

　さらに別の宇宙があることになるのだ。CPT対称性を宇宙全体に適用し、これを宇宙全体で守るためには、この宇宙の鏡写である反宇宙がなければならない。

　すなわちまったく正反対の電荷粒子があり、まさに鏡写で、時間は逆方向に流れている宇宙だ。私たちが暮らす宇宙のいわば双子の片割れのようなもので、両者がなければCPT対称性が維持されない。

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本当に反宇宙が存在するとしたら？

　もしも本当にこのような宇宙があったとすれば、現在の宇宙論にどのような影響を与えるだろうか？ それは素晴らしい発見だ。

　まず、CPT対称宇宙は、「インフレーション宇宙」なる、ごく初期に宇宙が加速度的に膨張したなどと想定しなくても、自然に膨張し、粒子で満たされる。

　インフレーション宇宙が起きたとされる証拠はいくつも挙げられているが、その理論的な全体像はいかにも曖昧だ。もっともらしい代替案がいくつも提唱される余地が残されているのだ。

　また、CPT対称宇宙には、新しいタイプのニュートリノが存在するはずだ。

　現在、ニュートリノは、「電子ニュートリノ」「ミューニュートリノ」「タウニュートリノ」の3種類あることが知られている。

　奇妙なことに、これら3種はいずれも「左巻き」（動きに対するスピンの方向）だ。ところがニュートリノ以外の粒子にはどれも、左巻きと右巻きがある。そのためニュートリノにも右巻きがあるのでは？ とかねてから疑問に思われてきた。

　CPT対称宇宙では、少なくとも1つ右巻きニュートリノが必要になる。これはほとんど目に見えず、その重力が宇宙に与える影響だけから存在を知ることができる。

　ところで、宇宙に溢れているのに、目に見えず、その重力の影響だけを観察できるという話は、あるものを思い出させる。そう、「ダークマター」だ。

　つまりCPT対称性を宇宙全体に適用し、反宇宙が存在すると仮定すると、宇宙は右巻きニュートリノで満たされ、ダークマターという謎の物質の正体まで説明できるようになるのだ。

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反宇宙の存在を検証する方法

　私たちが鏡写しの反宇宙に行くことはできない。なぜなら、それはビッグバンの裏側、宇宙が始まる以前に存在するからだ。

　例えそこにたどり着けないのだとしても、その存在を検証する方法はある。

　まず、反宇宙が存在したとしたら、3つの左巻きニュートリノは、「マヨラナ粒子」であるはずなのだという。

　たとえば、電子に対する陽子のように、通常の粒子には反物質がある。ところが、マヨラナ粒子は粒子それ自体が反粒子でもある。

　だからニュートリノがマヨラナ粒子であることが判明すれば、それが反宇宙の存在を示すというのだが、現時点でニュートリノにそのような性質があるかどうかは不明だ。

　さらに反宇宙が存在したとすれば、質量のないニュートリノがあるだろうとも予測されている。

　今のところ、ニュートリノの質量については、その上限が示されたにすぎない。だが、いつかニュートリノの質量の正確な測定に成功し、本当に質量のないものがあれば、反宇宙の存在を示す強力な証拠になる。

　そして最後に、反宇宙モデルでは、インフレーション（初期宇宙で起きたとされる爆発的な膨張）は起きないと予測する。そのかわり、宇宙は粒子によって自然に満たされるのだ。

　現在の宇宙論では、インフレーションが起きたとき、時空に巨大なショックを加わり、重力波が広まったとしている。

　しかしCPT対称宇宙では、そのような波は存在しない。これまでこうした原始の重力波の検出がいくども試みられてきたが、今後も無為に終わるのなら、それが反宇宙の存在を告げている可能性があるという。

References:Dark matter may exist because a mirror universe is running backward in time | Live Science / written by hiroching / edited by parumo

追記（2022/03/24）誤字を訂正して再送します。

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