2018年4月29日 0

  科学家西尔克·魏因福特纳正试图从零开始创造宇宙。 在诺丁汉大学的一个物理实验室,她和她的同事们将研究一个直径一米的巨大超导磁体线圈。 线圈内部有一个小的液体池,液体上的微小波纹代表了今天形成宇宙各种结构的物质波动。

魏因福特纳不是一个邪恶的天才,决心创造一个由他主宰的世界。她只是想更好地了解现存宇宙的起源。迄今为止,大爆炸是宇宙起源的最广泛接受的理论,但即使是理论的支持者,爆炸的具体机理也难以确定。这个理论的基础是在宇宙起源时存在一个假想的量子场,它以极快的速度向四面八方扩展,我们称之为宇宙的扩展。但是我们不能直接确认这个量子场是否存在。这就是为什么魏因福特纳计划在实验室里模拟这个过程。如果大爆炸理论是正确的,那么早期宇宙就是由微弱的“涟漪”产生的,即所谓的“量子涨落”。量子涨落随着宇宙膨胀而伸展,最终形成物质、辐射或光。科学家相信这些波动最终会扩展到宇宙的规模,播下星系、恒星和行星的种子。Weinfurtner想用超大型超导磁体线圈来模拟这种微弱的脉动。她将直径为6cm的圆形容器放置在磁线圈内,并注入水和丁醇(这两种液体密度不同,因此分层而不是熔合)。接下来,团队将进行人工重力干预。“磁场的强度会随位置而变化。该研究的共同作者之一理查德·希尔指出:“当我们将液体移动到磁

   魏因福特纳不是一个邪恶的天才,决心创造一个由他主宰的世界。 她只是想更好地了解现存宇宙的起源。

   迄今为止,大爆炸是宇宙起源的最广泛接受的理论,但即使是理论的支持者,爆炸的具体机理也难以确定。 这个理论的基础是在宇宙起源时存在一个假想的量子场,它以极快的速度向四面八方扩展,我们称之为宇宙的扩展。 但是我们不能直接确认这个量子场是否存在。 这就是为什么魏因福特纳计划在实验室里模拟这个过程。

   如果大爆炸理论是正确的,那么早期宇宙就是由微弱的“涟漪”产生的,即所谓的“量子涨落”。 量子涨落随着宇宙膨胀而伸展,最终形成物质、辐射或光。 科学家相信这些波动最终会扩展到宇宙的规模,播下星系、恒星和行星的种子。 Weinfurtner想用超大型超导磁体线圈来模拟这种微弱的脉动。 她将直径为6 cm的圆形容器放置在磁线圈内,并注入水和丁醇(这两种液体密度不同,因此分层而不是熔合)。

   接下来,团队将进行人工重力干预。 “磁场的强度会随位置而变化。 该研究的共同作者之一理查德·希尔指出:“当我们将液体移动到磁场的不同区域时,有效引力可以增大或减小,甚至相反。 ”

   研究小组想通过改变重力在液体中产生波纹,但与池塘中的波纹不同,这种波纹发生在两种液体之间。 另一位团队成员阿纳斯塔西奥斯·阿夫古斯蒂迪斯说:“通过仔细调整涟漪的速度,我们可以创造出一个膨胀宇宙的模型。”。 在宇宙膨胀过程中,宇宙体积迅速膨胀,物质的波纹以恒定的速度向外传播。 实验中,液体体积不变,波纹传播速度迅速衰减。 在这两种情况下,描述波纹传播速度的方程是相同的。 ”格斯迪先生指出。

   这一点很重要:如果这种波动似乎能激发出与宇宙中的结构相似的结构,我们就能更好地理解宇宙膨胀的机制。

   这已经不是科学家第一次尝试模拟小规模宇宙现象了。 世界各地的天体物理学家都致力于实验室研究越来越复杂的实验装置,让声波模拟光波在强引力场中的传播,或利用磁铁引起液体和气体的波动等。

   去年六月,魏因福特纳模拟了另一个难以观察到的现象,黑洞的超辐射,使用了一个中间有出水口的大水槽。 1981年,加拿大不列颠哥伦比亚大学物理学家威廉·安鲁首次提出在实验室模拟重力的概念。 毕竟,正如enra所说,“我们没有时间回到宇宙刚刚形成的时候,如果我们能,没有人能活那么久。”

   自从enra的第一次实验以来,模拟重力实验变得越来越复杂。 enra随后用液体模拟重力,认为这个“声学黑洞”事件的边界对声音的影响就像真正的黑洞对光的影响一样大。 换句话说,我们在实验室中的测量和表示可以用来探索真正的黑洞特性。 甚至著名的霍金辐射也可以用这种方法来研究。 霍金辐射是指黑洞不断放出热量,最终完全蒸发。 几年前,以色列理工学院的杰夫·施泰豪发现了霍金辐射的声学模拟。

   科学家还利用模拟研究宇宙膨胀的其他方面。 几年前,法国国家科学研究中心的克里斯多夫·韦斯特布鲁克领导的一个团队通过扭曲玻色-爱因斯坦凝聚环分析了量子粒子的形成。 在宇宙膨胀的过程中,宇宙的温度首先急剧下降,膨胀结束后的所谓“再热”过程,温度再次上升,然后进入正常的大爆炸膨胀期。

   去年10月,由美国国家标准与技术研究所和马里兰大学联合成立的量子研究所也利用玻色-爱因斯坦凝聚来观察声波的伸展,类似于宇宙膨胀时光的红移。 该小组由物理学家斯蒂芬·埃克尔领导。 除了声波拉伸,他们还观察到类似于“再加热”过程的效果。

   魏因福特纳说,她的“新”装置不需要玻色-爱因斯坦凝聚。 虽然enra相信这将意味着系统温度太高而不能直接观察量子涨落。 但是作者指出,他们可以通过系统中的热噪声来观察波动,这类似于量子噪声。

   作者说,他们的方法模拟长期扩张,从专业角度来说,达到“多重e倍”,一个用来测量扩张长度的参数。 研究人员认为,在几毫秒内,宇宙膨胀1026倍,即60倍以上。 新的实验如果成功,模拟膨胀所需的时间将比之前的实验长得多,“足以得出结论”。 纽卡斯尔大学的伊恩·摩斯说:“你需要给系统一些额外的时间来忘记最初的状态,适应扩张期的状态。”

   “他们也许能够找到新的物理理论,在未来受到宇宙模型的启发。 ”埃克尔指出,“或者反过来检验未来宇宙模型的正确性。”

   然而,并非每个人都相信,在实验室里模拟宇宙的早期阶段有助于发展宇宙学。 马里兰大学的ted Jacobson认为,这样的实验“无法验证我们不确定的理论,更有可能在实验室中进行和观察.”。 “你为什么要在实验室里模拟宇宙? “因为它很有趣,而且可能暗示一些新的宇宙学现象。”

   但是哈佛大学天体物理学家阿维·勒布却不那么乐观。 他争辩说,魏因福特纳用两种液体之间的波纹来类比不能扩展到量子涨落的“物理本质”,因为这个实验只是等价于物理学家用来描述宇宙膨胀的公式的再推导。 如果这些方程缺少关键环节,实验就找不到这一点。 “虽然在实验室里进行的类比实验可以显示量子力学效应,但不能反映黑洞与宇宙膨胀所涉及的量子力学与引力之间的相互作用。

   勒布补充说,魏因福特纳的实验是为了重复我们已经知道的宇宙膨胀的情况,而不是为了测试它。 “除非我们在一个系统中有计算错误,才能发现实验与现有的认知有差别,否则就不能从实验中学到新的东西。”

   勒布认为,只有在实验室中创造出促进宇宙膨胀的物质,才是真正的试验。 但它需要的能量是当今最强大的粒子加速器的一万亿倍。 所以这种实验在短期内似乎是不可能的。

   “这就像闻到食物的味道,但并不真正享受它,”他指出,只有“后者有真正的价值。”

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