为了更好地理解宇宙，科学家试图模拟“宇宙”

据外国媒体报道，科学家西尔克·温福特纳正试图从零开始创造一个宇宙。在诺丁汉大学的一个物理实验室里，她和她的同事将共同研究一个直径为一米的巨型超导磁线圈。线圈内有一小池液体，液体上的微弱波纹代表了当今宇宙中形成各种结构的物质波动。

魏因福特纳不是邪恶的天才，他决心创造一个由自己主宰的世界。她只是想更好地理解现存宇宙的起源。

迄今为止，大爆炸是最广泛接受的宇宙起源理论，但即使是这一理论的支持者也很难就爆炸的具体机制得出结论。这个理论的基础是，当宇宙起源时，有一个假想的量子场，它以极快的速度向各个方向扩展宇宙，也就是我们所说的宇宙膨胀。然而，我们不能直接证实这个量子场是否存在。正因为如此，魏因福特纳计划在实验室模拟这一过程。

如果大爆炸理论是正确的，那么早期的宇宙是由一个微弱的“涟漪”，即所谓的“量子涨落”创造的。量子波动随着宇宙的膨胀而扩展，最终形成物质、辐射或光。科学家认为，这些波动最终扩展到了宇宙的尺度，播下了星系、恒星和行星的种子。正是这种微小的波动，温富特纳想用超大超导磁线圈来模拟。她将一个直径为6厘米的圆形容器放在磁性线圈内，注入水和丁醇(这两种液体密度不同，所以它们会分层而不是融化)。

接下来，研究小组将进行人工重力干预。"磁场的强度随位置而变化."该研究的合著者之一理查德·希尔(Richard Hill)指出，“当我们将液体移动到磁场的不同区域时，有效重力可能会增强或减弱，甚至完全相反。”

该团队希望通过改变重力使液体产生波纹，但与池塘中的波纹不同，这种波纹会出现在两种液体之间。“通过仔细调整涟漪的速度，我们可以建立一个膨胀宇宙的模型，”另一个团队成员阿纳斯塔西奥斯·阿夫古斯蒂迪斯说。在宇宙膨胀期间，宇宙体积迅速膨胀，物质波纹以恒定的速度向外扩散。然而，在这个实验中，液体的体积不变，波纹的传播速度迅速衰减。"在这两种情况下，描述波纹传播速度的方程是相同的."阿戈斯蒂斯指出。

这是非常重要的:如果这种波动似乎刺激了类似宇宙中的结构，我们也许能够更好地理解宇宙的膨胀机制。

这不是科学家第一次尝试模拟小规模宇宙现象。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，允许声波模拟光波在强引力场中的传播，或者使用磁铁来引起液体和气体的波动等。

去年六月，温弗特纳用一个中间有出水口的大水箱来模拟另一个难以观察到的现象，即黑洞的超级辐射。1981年，目前在加拿大不列颠哥伦比亚大学工作的物理学家威廉·安鲁首次提出在实验室模拟重力的概念。毕竟，正如恩拉所说，“我们不能让时光倒流到宇宙刚刚形成的时候。即使我们能，也没有人能活那么久。”

自从恩拉的第一次实验以来，模拟重力实验变得越来越复杂。恩拉当时用液体模拟重力，认为这个“声学黑洞”事件的边界对声音的影响相当于一个真正的黑洞对光的影响。换句话说，我们在实验室的测量和表达结果可以用来探索真正的黑洞特征。甚至著名的霍金辐射也可以用这种方法来研究。霍金辐射指的是黑洞不断向外辐射热量并最终完全蒸发的事实。几年前，以色列理工学院的杰夫·施泰因豪尔发现了霍金辐射的声学模拟。

科学家也使用模拟方法来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托弗·韦斯特布鲁克领导的一个研究小组通过“扭曲”环形玻色-爱因斯坦凝聚物质分析了量子粒子的形成过程。在宇宙膨胀期间，宇宙的温度首先急剧下降，然后在膨胀结束后开始所谓的“再加热”过程，温度再次上升，然后进入大爆炸膨胀的正常时期。

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联合量子研究所也使用玻色-爱因斯坦凝聚来观察声波的拉伸，这类似于宇宙膨胀时光的红移。该团队由物理学家斯蒂芬·埃凯尔领导。除了声学拉伸，他们还观察到类似于“再加热”过程的效果。

温福特纳说，她的“新”设备不需要玻色爱因斯坦凝聚。尽管恩拉认为这将意味着系统温度太高，无法直接观察量子波动。然而，该研究的作者指出，他们可以通过系统中的热噪声来观察波动，因为热噪声是量子噪声的模拟。

该研究的作者说，他们的方法可以模拟长期扩张，用专业术语来表达，就是实现“多次e折叠时间”(一个用来测量扩张时间长度的参数)。研究人员认为，在短短几毫秒内，宇宙已经膨胀了1026倍，即超过60倍。如果新实验成功，模拟膨胀的时间将比以前的实验长得多，“足以得出结论”。纽卡斯尔大学的伊恩·莫斯说:“你需要给这个系统一些额外的时间来忘记它的原始状态，并完全适应通货膨胀和波动的状态。”

"他们也许能够发现新的物理理论，并启发未来的宇宙模型."埃凯尔指出，“反之亦然，来测试未来宇宙模型的正确性”

然而，并不是每个人都认为在实验室里模拟宇宙的早期诞生有助于宇宙学的发展。马里兰大学的特德·雅各布森认为，这样的实验“不能有效地验证我们不确定的理论，而是专注于实验室的实施和观察。”为什么我们要在实验室模拟宇宙？"因为它非常有趣，可能意味着一些新的宇宙现象."

但是哈佛大学天体物理学家阿维·勒布并不乐观。他认为，魏因福特纳对两种液体之间波纹的类比不能延伸到量子涨落的“物理本质”，因为这个实验只相当于重新推导物理学家用来描述宇宙膨胀的方程。如果这些方程缺少一个关键环节，实验就找不到了。“虽然在实验室进行的模拟实验可以显示量子力学效应，但它们不能显示量子力学与黑洞和宇宙膨胀所涉及的引力之间的相互作用。

易卜拉欣补充说，魏因福特纳的实验是为了重复我们现有的宇宙膨胀知识，而不是为了测试它。“除非我们在某个系统中犯了计算错误，否则我们就能发现实验和现有认知之间的差异，否则我们就不能从实验中学到任何新东西。”

根据Le Ib的说法，真正的测试是在实验室里创造推动宇宙膨胀的物质。然而，这种方法所需的能量高达最强粒子加速器所能达到的最大能量的1万亿倍。因此，这种实验在短期内似乎是不可能的。

“这就像闻到食物的香味，但不是真正享受它，”他指出，只有“后者有真正的价值。”

没错。但是有时候你可以通过闻厨房飘来的香味来猜测今晚吃什么。