许多人对物理世界好奇，为了给他们一个关于世界运行的简单而不失准确的解答，诺贝尔物理学奖得主、麻省理工学院教授维尔切克写下了《万物原理：关于客观世界的10个答案》一书，从十条宽泛的原理来说明物理学家究竟是如何理解世界的。
如果我们知道了许多关于这个宇宙运行的规则，但是仍有许多问题，所以在这十条原理中，也有一项是如何看待我们不了解的东西。特别是关于时间反演、暗物质和暗能量。
本文经授权选自《万物原理：关于客观世界的10个答案》（中信出版社，2022年1月版）第9章《谜团犹存》，内容有删减，标题为编者所加。
神秘感是我们所能体验的最美好的事物，它是所有真正的艺术和科学的源泉。如果一个人无法体会到神秘感，不再因好奇而探寻，不再因惊叹而驻足，那么他和一个死人也没什么两样了——他什么都看不见。
尽管我们对世界如何运转已经有了诸多了解，但是仍有许多谜团存在。
在这里，我们将会把探索的焦点集中在两个更为引人注目的谜团之上。它们处于当今研究工作的前沿，旨在加深我们对物理世界的基本理解。第一个谜团围绕着基本定律的一个奇异的特征。如果你将时间反演，那么基本定律与时间正向的情况几乎完全一样，却又不尽相同。第二个谜团来自一个令人困惑的发现。天文学家在各种情况下都遇到了看似没有任何可见来源的引力。
从表面上看，他们的观测似乎揭示了宇宙的“黑暗面”，它由两种新的物质形式组成——分别是“暗物质”和“暗能量”。尽管它们提供了宇宙中的大部分质量，但是不知为何，我们从来没有观测到它们。
一个有前景的想法可能有助于解决这些谜团。时间反演问题使许多物理学家怀疑存在一种新的粒子，即轴子。大爆炸遗留下来的轴子余辉具备暗物质的特性。围绕这一想法的一系列研究，引发了一场世界各地数百名科学家参与的激烈竞赛。
时间的镜像在我们经历过的现实中，最明显的不对称性就出现在过去和未来之间。我们铭记过去，却只能猜测未来。如果你倒放一部电影，比如查理·卓别林的《城市之光》，你会觉得倒过来的一系列事件看起来一点儿也不像会在现实中发生的样子。你绝对不会将倒放的电影与正常的电影弄混。
然而，从现代科学的诞生开始，从牛顿的经典力学至今，基本定律都具备的一个共同特性就是，你可以沿着时间把它们倒转回去。也就是说，你根据现在的状态倒推过去的状态，和根据现在的状态预测未来的状态所用到的定律是一样的。例如，你现在如果想要根据牛顿定律拍摄一部行星围绕太阳运行的电影，那么你将这部电影倒放之后会发现，电影中的运动仍然遵循牛顿定律。定律的这种特征被称为时间反演对称性，简写为T对称性。
定律的范畴一直在扩大，而时间反演对称性依旧存在。例如，电磁场的麦克斯韦方程组以及爱因斯坦修正后的引力方程都具有这样的性质，这些方程的量子版本也同样具备这种性质。对基本相互作用的观察似乎都证实了T对称性。
日常经验和基本定律之间的这种反差带来了两个问题。其中一个问题是，现实中的宇宙是如何为时间的流动选定方向的。我们在第6章和第7章中找到了答案，我们看到引力打破了平衡。另一个问题就是一个简单的“为什么”。既然时间反演对称的特征在我们所经历的世界中基本上没怎么出现过，它为何又出现在我们对大自然的基