奇特超流体可以解释宇宙的存在

根据外国媒体的报道，回到宇宙最早的时候，一切都是热的、稠密的、完美的平衡。那时，没有我们所理解的粒子，更不用说今天的任何恒星和太空真空了。整个空间充满了均匀的、不可见的和压缩的物质。

此后，单调的稳定性变得不稳定。物质战胜了外星反物质，开始主宰整个宇宙。物质云开始形成并坍缩成恒星，逐渐形成星系，所有我们知道的宇宙物质逐渐出现。

那么，是什么使宇宙脱离了它的无定形状态呢？科学家仍不确定，但研究人员现在发现了一种新的方法来模拟实验室中的缺陷，这种缺陷可能导致早期宇宙的严重失衡。发表在1月16日出版的《自然通讯》上的研究报告显示，科学家可以用超冷氦来模拟宇宙的初始时刻，特别是重现大爆炸后存在的条件。

这非常重要，因为宇宙充满了物理学家称之为“对称”的平衡行为。例如，能量的物理平衡在时间上以同样的方式向前和向后移动，宇宙中带正电的粒子完全抵消了所有带负电的粒子。

但有时，这种对称性会被打破，一个完美的球平衡在针尖上，会朝一个方向或另一个方向落下，磁铁的两个相同的边会被分成南极和北极。在早期宇宙中，物质的数量超过了反物质的数量。特定的基本粒子从早期宇宙的无定形状态中出现，并通过离散的力相互作用。

该研究的主要作者、芬兰阿尔托大学的博士生杰雷·梅宁(Jere Mainen)说，如果我们认为大爆炸的存在是理所当然的，那么宇宙无疑已经经历了一些打破对称性的变化。

你需要证据吗？它就在我们身边。任何桌子、椅子、星系和鸭嘴兽都可以证明，早期宇宙中的一些东西今天已经从扁平状态演化成复杂状态。我们居住的空间不是一个统一的空间，所以有些东西打破了这种对称性。物理学家称打破对称性的随机波动为“拓扑缺陷”

从本质上说，拓扑缺陷是一个不稳定的区域，在这个区域中，一些东西出现在另一个统一的场中。一旦混沌发生，它可能是由外部干扰引起的，就像实验室中的实验一样，或者它们可能随机而神秘地出现，就像早期宇宙中的科学家所怀疑的那样，一旦拓扑缺陷形成，它们将位于均匀场的中心，就像平滑流中的卵石产生的波纹。

一些研究人员认为，早期宇宙中非晶材料的某些特定拓扑缺陷可能首次在打破对称性的转变中发挥重要作用。这些缺陷可能包括所谓的“半量子涡旋”(看起来有点像涡旋的能量和物质模型)和“弦物质限制壁”(由二维或一维“弦”约束的二维壁组成的磁性结构)。一些研究人员怀疑这些自发形成的结构会影响其他对称系统中的物质流动。

此前，研究人员在实验室使用冷气体和超导体磁场来制造这种缺陷，但这些缺陷是分开出现的。马尔金说，大多数用拓扑缺陷来解释现代宇宙起源的理论都包含“复合缺陷”。多个缺陷一起工作。

马尔金和他的合作者设计了一个实验，在这个实验中，液氦被冷却到绝对零度以上一点点，然后被压缩到一个小容器中。在这个黑暗的小容器中，一个半量子涡旋出现在超冷氦中。

研究人员随后改变了氦的状态，使它在两种不同的超流体或无粘流体之间经历一系列相变，类似于水从固态变成液态或气态，但在更极端的条件下完成。

相变导致对称断裂。例如，液态水充满了分子，这些分子可以被定向到许多不同的方向。然而，水冻结后，分子会被锁定在特定的位置。在实验中，超流相变也有类似的对称性破缺。

然而，在超流氦经历相变后，旋涡仍然受到束缚在弦上的壁的保护。涡旋和附壁共同形成复合拓扑缺陷结构，并存在于对称性破缺的相变中。研究人员指出，通过这种方式，这些物质反映了一些被认为在早期宇宙中形成的缺陷。

这是否意味着马尔金和他的合著者已经发现了宇宙中对称性是如何被打破的？绝对不是，他们的模型只表明早期宇宙如何形成“大统一理论”的某些方面可以在实验室中复制，尤其是那些涉及拓扑缺陷的理论部分。这些理论都没有被物理学家广泛接受，这可能是一个很大的“理论死胡同”。

然而，马金的研究工作无疑为更多的实验打开了大门，这些实验旨在研究和分析有缺陷的结构在大爆炸后的瞬间是如何运作的。这些研究无疑教会了科学家一些关于量子领域的新知识。他说:“还有一个悬而未决的问题。物理学家会把这些关于微小量子世界的细节与整个宇宙的行为联系起来吗？