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马里兰大学首个大爆炸台式模型重现宇宙大爆炸 或揭开时间方向之迷
马里兰大学首个大爆炸台式模型重现宇宙大爆炸 或揭开时间方向之迷
2011/4/28 6:54:12 | 浏览:1381 | 评论:0

  据《连线》杂志报道,美国马里兰大学(University of Maryland)的工作台上静置着首个大爆炸台式模型。但无需惊慌,这个20微米的装置只是为了模拟宇宙大爆炸中时间和光的行为,而非模拟爆炸本身。或许未来某一天,该装置可以帮助解释为什么时间只往一个方向前进。

  物理学家伊戈尔-斯莫利亚尼诺在提交给《物理评论快报》的论文中描述了这一模型,他说,“我们已经按照简单的实验几何原理完成了时空扩展方式的重建。”斯莫利亚尼诺和余菊红(音译)都是马里兰大学的电气工程师,他们使用被称为“异向介质”(metamaterials)的外来物质制作了宇宙大爆炸的模型,这种不寻常的材料通过使用不同的材料交替片来扭曲光线。

  研究人员建议利用异向介质像隐形斗篷那样弯曲物体周围的光,把一种物体伪装成另外一种,并且可建立一个完美的透镜。

马里兰大学首个大爆炸台式模型重现宇宙大爆炸 或揭开时间方向之迷
世界首个大爆炸台式模型

  几年前,物理学家认识到,异向介质也可以模拟天文现象,如行星绕恒星,光线被黑洞捕获等。在实验室建设一个玩具一样的宇宙,来帮助物理学家运行本来在空间和时间中不可能完成的实验。使用斯莫利亚尼诺的装置,研究人员可以研究物理学中长期存在的问题,即时间中的热力学箭头问题。无论时间向前或向后运行,大多数物理定律都能正常应用,但热力学第二定律除外。它决定了虽时间增加,无序性会加强。这就是为什么人们不能年龄倒退。

  另一个例外是 “时间的宇宙箭头”,该箭头从大爆炸指向宇宙膨胀的方向,其可能与热力学箭头相连,指向宇宙最终的热寂。但有朝一日如果宇宙在“大坍缩”中崩溃,该箭头方向也可能逆转。研究人员曾说,“虽然人们普遍认为统计的和宇宙学的时间箭头相连,但是我们不能重演宇宙大爆炸也无法在实验中证明这种关系。”但是如果用异向介质大爆炸的实验台,那么这一验证就可以进行。为了建立台式大爆炸装置,研究人员使用了丙烯酸和黄金,将激光打在黄金之上,激发出被称为等离子的自由电子波。等离子通过异向介质的平面路径与大规模粒子通过闵可夫斯基空间的平面路径的数学描述一致,其中都包含了空间和时间的维度。因此,异向介质大爆炸模型中光的路径代表了一个粒子处于空间和时间之中的寿命,这就是物理学家称之为“世界线”的东西。

  当研究人员用绿色激光照射异向介质之时,他们看到一个单粒子扩展为等离子体三角,这样一来,“玩具大爆炸模型”就扩展了“世界线”的宇宙意义。由于异向介质是不完善的,光线在传播过程中相互作用互相扭曲。斯莫利亚尼诺说,这也就是熵的粗糙模型,其代表了时间热力学箭头;“世界线”代表了宇宙箭头的模型。在异向介质模型中,箭头指向同一个方向。

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