数代物理学家一直相信物理定律是完全对称的。直到他们不再如此。
对称的概念既整洁又有吸引力，但它在混乱的宇宙现实面前崩溃了。事实上，从20世纪60年代开始，我们不得不引入某种破缺的对称性形式来解释为什么宇宙中存在更多的物质而非反物质，从根本上解释为什么存在任何东西。
然而，要确定这种存在性对称性破缺的来源，甚至找到证据都是不可能的。
然而，在一篇新论文中，佛罗里达大学的天文学家们发现了在宇宙创生的瞬间，这种必要的对称性破缺的首个证据。佛罗里达大学的科学家们研究了宇宙中一千万亿个三维星系四联体，并发现在某个时刻，宇宙更倾向于一组形状，而不是它们的镜像形状。
这个被称为“奇偶对称性破缺”的理念，指向了宇宙历史中的一个微小时刻，当时物理定律与如今有所不同，对宇宙演化产生了巨大的影响。
通过高度统计置信度证实的发现有两个主要后果。首先，这种平衡破缺只能在宇宙最早时刻的极度膨胀期间对未来的星系产生影响，从而验证了宇宙起源的“大爆炸”理论的核心要素。
平衡性破缺还有助于解答宇宙学中或许最重要的问题：为什么有事物而非虚无？这是因为平衡性破缺被要求用来解释为何存在更多物质而非反物质，这是形成星系、恒星、行星和生命的关键条件。
“我一直对宇宙的重大问题感兴趣。宇宙的起源是什么？宇宙演化的规则是什么？为什么存在着有物质而不是无物质？”佛罗里达大学的天文学教授扎卡里·斯勒皮安说道，他负责监督这项新研究。“这项工作回答了这些重大问题。”
Slepian与佛罗里达大学的博士后研究员和该研究的第一作者Jiamin Hou以及劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家Robert Cahn共同进行了这项分析。这个三人小组最近在《皇家天文学学会月刊》上发表了他们的研究成果。同样的研究人员最初还在《物理评论快报》上发表了一篇论文，提出了利用四个星系的奇偶性违背进行搜索的想法。
平面对称是一种理念，物理定律不该偏袒某个形状而排斥其镜像。科学家通常用“左右对称性”来描述这一特征，因为我们所熟悉的左右手是彼此的镜像。无论如何在三维空间中旋转，你无法使左手变得看起来像右手，这意味着它们始终可互相区分。
平衡破缺将意味着宇宙确实偏好于左手或右手的形状。为了探索宇宙的左右性，Slepian的实验室设想了所有在空间中由想象线连接的四个星系的可能组合。这构成了一个三维物体，称为四面体，类似于一个有镜像的独特金字塔 - 这是最简单的具有镜像的形状。根据星系如何与其在这些想象的形状中最近和最远的伙伴连接，他们定义了右手和左手的星系四面体。
他们的方法要求对每个百万个星系进行一万亿个虚拟四面体的分析，这是一个令人难以置信的组合数量。斯莱皮安说：“最终我们意识到我们需要新的数学。”
索勒平的团队因此开发了复杂的数学公式，使得庞大的计算可以在合理的时间内完成。这仍然需要大量的计算能力。“我们在这里拥有的HiPerGator超级计算机是佛罗里达大学独特的技术，使我们能够以不同的设置运行分析数千次，以测试我们的结果。”他说道。
对这项分析的技术细节使得很难说宇宙是否更偏好“右手”还是“左手”的形状，但科学家们见到了明确的证据表明宇宙确实有一种偏好。他们以被称为七西格玛的确定程度确立了他们的发现，七西格玛是一种衡量结果仅出于偶然的可能性之小的度量。在物理学中，具有五西格玛或更高西格玛值的结果通常被认为是可靠的，因为在这个水平上得出偶然结果的概率微乎其微。一位前斯莱皮恩实验室成员进行了类似的分析，发现了相同的宇宙形状偏好，尽管由于研究设计的差异而具有稍低的统计置信度。
虽然科学家对于这种奇偶破缺信号充满信心，但仍有可能存在基础测量数据的不确定性，而这可能解释了不对称性。幸运的是，下一代望远镜能够提供更大样本量的星系数据，这样在几年内就可以消除这些不确定性。佛罗里达大学的Slepian团队将在暗能量光谱仪望远镜团队中，利用这些新的、更可靠的数据进行分析。
这并非首次发现偏振违背现象，然而这是首次出现有关偏振违背可能影响宇宙中三维星系聚类的证据。弱力，作为其中一种基本力量，也偏振违背。然而其影响极为有限，无法影响星系的尺度。而要达到对星系的影响，就需要在宇宙大爆炸的那一瞬间——即被称为膨胀的时期——发生偏振违背。
“由于偶然性破缺只能在宇宙膨胀期间被印刻下来，如果我们所发现的是真实的，那将为膨胀理论提供确凿的证据，”Slepian说道。
若论及弱力的对称性破缺，亦无法解释物质的丰盈。在一个对称的宇宙中，宇宙大爆炸应当创造出相等数量的物质和反物质，彼此相互湮灭，从而使星球和行星的存在荡然无存。然而，鉴于我们明显所处的宇宙主要由物质构成，物理学家长期期望能寻得早期造化中的某种不对称迹象。
Slepian实验室的研究结果尚不能解释我们是如何获得这种关键的物质丰富度的。对于这个“如何”，我们需要超越标准模型的新物理学理论来解释我们当前宇宙的存在。然而，新的结果确实强烈暗示，在宇宙大爆炸的早期时刻存在着一种不对称性。
目前，科学家们正竞相努力提出一个能够解释宇宙中镜像偏好和物质过剩的理论。
