“自物理學誕生以來，考慮對稱性為我們理解自然提供了一個極其強大和有用的工具。對稱性逐漸成為我們制定物理定律的理論基礎。“——李政道

關於對稱性想必大家都深有體會，不僅在物理學和自然界中很普遍，而且對稱性也很符合我們的審美觀，假如你辦公桌上面放置一個不對成的電腦，你的水杯也不對稱，我相信這肯定會影響你一天的心情！那麼對稱性真的是自然界的鐵律嗎？對稱性在宇宙中有沒有特權，被宇宙所厚愛？今天就聊下我們的宇宙是：“兩手齊抓”，還是“左撇子”或者“右撇子”！我們先重微觀粒子說起！

μ介子的鏡像不對稱

其實並不是所有的物理宇宙都遵循同樣的對稱定律。以宇宙中最基本的粒子之一μ介子為例。μ介子想必大家應該都略有耳聞，而且它現在就在你的身邊！

μ介子是宇宙高能射線撞擊大氣層後在100公里以上的高空產生的，類似於電子的帶電粒子，只是比電子重了207倍，μ介子不穩定，平均2.2微秒後會衰變為電子、中微子和反中微子。按理說我們地面上是不會出現μ介子的，就算它以光速飛行，它的壽命只夠飛660米，它能到達地面就得益於狹義相對論的時間膨脹。

更有趣的是，μ子自旋取決於μ子自旋的方向，這也決定了μ子衰變時電子從哪個方向被射出來。現在握住你的右手，捲起你的手指，並豎起大拇指。如果μ子以逆時針方向旋轉，也就是朝著你四指的方向，那麼電子就會沿著你拇指的軸線被射出。

那麼物理定律是鏡像對稱的？如果我們有一個逆時針旋轉的μ子衰變為“向上”發射電子，我們也可以很容易地得到它的鏡像：一個順時針旋轉的μ子，衰變也為“向上”（a）。這就類似於捲曲你右手的手指，拇指指向上方，然後照鏡子，你在鏡子裡看到的樣子其實就是你左手的樣子！是對稱的！

但這並不會發生！99.9%的μ子以右手性的方式衰變，所以（a）中的情況並不會發生，現實世界中幾乎所有的μ子像(b)那樣鏡像不對稱。這個是微觀世界，現在來看看我們的宏觀世界！

星系是怎樣旋轉起來的

從理論上講，星系的旋轉不應該是倒向一邊的，例如：大部分是順時針或者大部分是逆時針。而且據我們所知，宇宙誕生的大爆炸時期，物質分佈相對來說還是很均勻的，不同區域的密度只有輕微的波動（也就是低密度和高密度差別不大）。而且我們在宇宙結構形成的過程中也看到了與理論猜測一致的證據，那就是宇宙微波背景，它是宇宙誕生於38萬年的時空快照！

但是在微波背景圖中我們看不到的是，當物質分佈形成的時候，物質之間密度的微小波動並不是固定不變的，它們是由粒子和輻射組成，並以驚人的速度向四處擴散。不斷地相互碰撞，相互作用！其中的結果就是在物質結構上會形成湍流，動盪並互相交換角動量，或固有的旋轉量。

上面描述的模式和在風洞中看到的氣流受到干擾非常類似。

現在再來看一下花樣滑冰運動員的旋轉運動。當他們把胳膊和腿收起來時，旋轉速度更快；伸展時，旋轉速度會減慢。

這是因為在一個旋轉的系統中質量的大小以及質量的分佈情況就決定了旋轉的速度。隨著時間的推移和宇宙的膨脹，宇宙中的質量也分佈在了更加廣闊的空間，所以旋轉的極其緩慢。

隨後在引力的作用下會物質塌縮會形成恆星、星系和星系團，在這個過程中角動量不僅保持不變，而且在多個質量相互作用下，會產生相等和相反的旋轉力矩。這一切都是在宇宙中隨處發生、並且隨機發生的！

左旋和右旋星系是否對稱

按照我們的理論，宇宙中形成的螺旋星系不管是順時針，還是逆時針的螺旋，數量應該大致相等。這也是很符合常理的，形成星系時你隨機轉，不是順就是逆，各50%的概率。

但是宇宙總是喜歡給我們驚喜，令我們沒想到的是：所有的星系貌似都喜歡朝同一個方向旋轉。

上圖就為我們提供了星系的旋轉分辨方式：

• （a）如果所有的星系都有一個相同的“旋向”，那麼在我們看來，一個半球的星系會右旋，而另外一個半球的星系會左旋。
• （b）來自SDSS的典型螺旋星系，被定義為右手旋轉（右旋）。
• （c）左手性雙旋臂螺旋星系。

我們希望在任何一個區域的天空看到的是，既有“左旋”星系，還有“右旋”星系，星系的任何一個旋轉方向，在不同的天空中都沒有統計上的優勢！

邁克爾·隆戈（Michael Longo）在斯隆數字巡天計劃（Sloan Digital Sky Survey）的一個星系樣本中尋找了星系旋向的效應，他發現在一個方向上的左手星系數量更多，而另一個方向上的右手星系數量更多。這說明宇宙中的星系偏愛於向一個方向旋轉？

如果在宇宙中星系存在一種本質上的“旋向”，那麼下圖就是我們看到的情況，在一個方向上一種旋向會多於另外一種旋向！

如果宇宙星系真有的存在旋向的偏好，這意味著整個宇宙誕生時都在朝一個方向轉

在宇宙中即使旋向差異只有7%左右，這也是一個非常巨大的比例，而我們所在的宇宙中隨機發生這種情況的概率大約是0.00002%，在統計學上有這麼個情況，隨機事件發生的次數越多，統計學的概率就越準確，越會趨向於50%！所以按照我們的理論，星系旋向這種巨大差異根本不可能發生。

因此，也幾乎沒有人相信宇宙有旋向上的偏好，大多數人這是人為統計上的不完善造成的，這是怎麼回事呢？

事實上，我們很容易就能識別出像上圖中這些巨大、明亮、鄰近星系的“旋向”。還有一些模糊、離我們比較遠的星系，而且人眼處理旋向的方式存在系統性的偏見。這就會造成統計上的不準確。

隆戈看到的旋向不對稱性只延伸到了離我們10億光年多一點的地方。但是，隨後凱特·蘭德和其他人進行的一項研究達到了大約35億光年的時候，這種旋向不對稱性就幾乎消失了。但這種統計仍然存在很大的不確定性！

這意味著我們還有很多東西要去了解！而且宇宙仍然可能有自己偏愛的旋向性，如果我們在未來確認了宇宙確實有“旋向性”的偏好，那麼這就意味著宇宙生來就朝一個方向整體旋轉。

但要想讓所有的人信服，還需要更多和更好的證據。如果宇宙出現旋向性，那麼就需要新物理理論來解釋這個現象，大爆炸模型又要做出修改！