科学家们在实验室里制造宇宙 | 硬科技

原标题:科学家们在实验室里制造宇宙 | 硬科技

图片来源:unsplash

记者 | 孙文豪

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在《时间简史》尚未问世的半个世纪以前,博士后研究员William Unruh(威廉姆斯·安鲁)在牛津大学的一次座谈会上试图向听众们解释什么是黑洞。他发现自己一时无法用图像来描述黑洞,这个如此密集的物体让周遭的重力都被扭曲,以致于光线都不可能逃脱。

于是他做了一个形象的比喻:“光线对于宇宙中的黑洞来说,就像是一条小鱼流过一个瀑布,它只是不小心在边缘游过,却因为无法超越瀑布流动的速度,被永远困在了瀑布底下,再也回不了家。”

William Unruh如今已经是不列颠哥伦比亚大学的一名教授。他一直希望可以通过更为直观的方式来展现和理解这个宇宙。1981年时,他率先提出了在实验室中模拟重力的想法。

这一想法在30多年以后终于得到了初步的实现。当Silke Weinfurtner(希尔珂·魏因富特纳)还是Unruh的博士后研究员时,就开始和自己的导师团队一起在实验室中模拟天体的存在。如今已经是诺丁汉大学教授的她,正和团队一起制造一个微缩宇宙,以解释宇宙的起源与结构变化。

Silke Weinfurtner试图从头构建一个早期的宇宙(The Baby Universe),在诺丁汉大学的物理实验室中,她和她的同事制造了一个一米宽的巨大超导线圈磁体,她想通过这个巨型磁体模仿宇宙起源中的“大爆炸”理论。

在Weinfurtner的实验中,早期宇宙产生了微小的波纹,形成了所谓的“量子涨落”,该波纹在实际的宇宙膨胀时会持续拉伸,变成包括辐射和光在内的各种物质,这些量子的变化最后扩容了宇宙的大小,播撒了星系,最终形成了无数个恒星和行星。

随后,Weinfurtner通过人为改变实验环境中的重力,使得实验环境中水和丁醇两种液体之间出现扭曲,从而产生一种与自然状态下不一样的涟漪。“通过仔细调整涟漪的速度,我们为膨胀的宇宙建模,”另一位团队成员Anastasios Avgoustidis说。

这一点是模拟宇宙中关键的一环,团队成员认为实验产生的波动和扭曲像是触发了当时宇宙中的相似结构,由此可以窥探到宇宙膨胀的基本原理。

对于宇宙的模拟并非只有Silke Weinfurtner团队,来自以色列理工学院的物理学家Jeff Steinhauer创造出了一个模拟黑洞,观测到的相关谱在最低和最高能量下均表现出热性。这一研究证实了霍金理论的预测,并印证了霍金辐射的存在和各项属性。

虽然这两项研究相关成果都已发表在《自然》杂志上,但仍然有权威学者对此提出了质疑,马里兰大学的泰德·雅各布森(Ted Jacobson)认为在实验室中模拟宇宙只能说明“我们在宇宙学中没有想到新的现象。”

哈佛大学的天体物理学家阿维·勒布说,Silke Weinfurtner的实验只是复制了物理学家已经用来描述膨胀的方程式,实验环境并不能像真正的黑洞和宇宙膨胀那样涉及量子力学与重力的相互作用。

虽然完成了一项不可思议的事情,Silke Weinfurtner也并没有回避研究中的问题,“要了解宇宙间量子的微小波动和涨落,我们团队还有很多知识要学习。”返回搜狐,查看更多

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