北京時(shí)間1月18日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，回到宇宙最初時(shí)刻，一切事物都是熱的、稠密的，處于完美平衡狀態(tài)。那時(shí)不存在我們所理解的粒子，更不用說(shuō)是任何恒星，以及現(xiàn)今太空中的真空。整個(gè)太空充滿著均勻、無(wú)形、壓縮物質(zhì)。
之后單調(diào)的穩(wěn)定性變得不穩(wěn)定，物質(zhì)戰(zhàn)勝了它的異類(lèi)反物質(zhì)，開(kāi)始主宰整個(gè)宇宙空間。物質(zhì)云團(tuán)開(kāi)始形成，并坍縮成恒星，逐漸組成星系，我們所知道的一切宇宙物質(zhì)逐漸出現(xiàn)。
那么，到底是什么使宇宙脫離了它的無(wú)定形狀態(tài)呢？科學(xué)家仍不確定，但是研究人員現(xiàn)已找到一種新方法，可以在實(shí)驗(yàn)室里模擬可能導(dǎo)致早期宇宙嚴(yán)重失衡的缺陷。這項(xiàng)研究報(bào)告發(fā)表在1月16日出版的《自然通訊》上，科學(xué)家展示了他們可以使用超冷氦氣模擬宇宙最初的時(shí)刻，具體而言，就是重新創(chuàng)造宇宙大爆炸之后存在的條件。
這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)橛钪娉錆M了被物理學(xué)家稱為“對(duì)稱性”的平衡行為。例如：物理均勢(shì)在時(shí)間上以相同的方式向前和向后運(yùn)行，宇宙中帶正電的粒子正好完全抵消所有帶負(fù)電的粒子。
但有的時(shí)候，這種對(duì)稱性會(huì)被打破，一個(gè)在針尖上平衡的完美球體會(huì)朝向這個(gè)方向或者那個(gè)方向落下，磁體的兩個(gè)完全相同側(cè)面分離為南極和北極。在早期宇宙階段，物質(zhì)數(shù)量超過(guò)反物質(zhì)數(shù)量。特定的基本粒子從早期宇宙的無(wú)定形狀態(tài)中產(chǎn)生，并通過(guò)離散力相互作用。
研究報(bào)告第一作者、芬蘭阿爾托大學(xué)博士生杰雷·馬金恩（Jere Mainen）稱，如果我們將大爆炸的存在看作是理所當(dāng)然的，那么宇宙無(wú)疑經(jīng)歷了一些打破對(duì)稱性的轉(zhuǎn)變。
需要證明嗎？它就在我們的身邊，任何桌子、椅子、星系以及鴨嘴獸都可以證明，早期宇宙一些事物從扁平狀態(tài)演變至現(xiàn)今的復(fù)雜狀態(tài)。我們所處的空間并非統(tǒng)一空間，因此某些事物打破了這種對(duì)稱性，物理學(xué)家將破壞對(duì)稱性的隨機(jī)波動(dòng)稱為“拓?fù)淙毕荨薄?/p>
從本質(zhì)上講，拓?fù)淙毕菔悄承┦挛镌诹硪粋€(gè)均勻場(chǎng)中出現(xiàn)不穩(wěn)定的區(qū)域。一旦出現(xiàn)混亂，這可能是由于外部干擾所致，就像實(shí)驗(yàn)室里做試驗(yàn)一樣，或者它們可以隨機(jī)神秘出現(xiàn)，就像科學(xué)家猜測(cè)早期宇宙所發(fā)生的那樣，一旦拓?fù)淙毕菪纬?，就?huì)位于均勻場(chǎng)中心位置，像一塊卵石在平滑溪流中產(chǎn)生的漣漪。
一些研究人員認(rèn)為，早期宇宙中無(wú)定形物質(zhì)的某些特定拓?fù)淙毕菘赡茉谑状未蚱茖?duì)稱性的轉(zhuǎn)變中發(fā)揮重要作用。這些缺陷可能包括被稱為“半量子旋渦”（看上去有點(diǎn)像漩渦的能量和物質(zhì)模型）和“弦物質(zhì)約束壁”（由二維或者一維“弦”約束的二維壁組成的磁結(jié)構(gòu)）。這些自發(fā)形成結(jié)構(gòu)影響著物質(zhì)在其它對(duì)稱系統(tǒng)中的流動(dòng)，一些研究人員對(duì)此表示懷疑。
之前研究人員在實(shí)驗(yàn)室中使用冷氣體和超導(dǎo)體磁場(chǎng)制造了這類(lèi)缺陷，但是這種缺陷是單獨(dú)出現(xiàn)的。大多數(shù)使用拓?fù)淙毕輥?lái)解釋現(xiàn)代宇宙起源的理論都涉及“復(fù)合缺陷”，馬金恩稱，多個(gè)缺陷協(xié)同工作運(yùn)行。
馬金恩和他的研究合著作者設(shè)計(jì)了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中液氦冷卻至絕對(duì)零度之上一度的幾分之一，然后再壓縮到一個(gè)小容器里。在這個(gè)黑暗的小容器中，超冷氦中出現(xiàn)了半量子旋渦。
之后研究人員改變了氦的狀態(tài)，使它在兩種不同超流體或者無(wú)粘性流體之間經(jīng)歷一系列相變，類(lèi)似于水從固體變成液體或者氣體，但是在更極端的條件下完成。
相變導(dǎo)致對(duì)稱性斷裂，例如：液態(tài)水中充滿了可以向許多不同方向定向的分子，但是水冷凍之后，分子會(huì)被鎖定在特定位置，在實(shí)驗(yàn)中，超流體相變也發(fā)生了類(lèi)似的對(duì)稱性斷裂。
盡管如此，在超流體氦經(jīng)歷相變之后，旋渦仍然受弦束縛壁的保護(hù)。旋渦和壁畫(huà)共同形成復(fù)合拓?fù)淙毕萁Y(jié)構(gòu)，并在對(duì)稱性破壞的相變中存在。研究人員指出，通過(guò)這種方式，這些物質(zhì)鏡像了一些被認(rèn)為早期宇宙中形成的缺陷。
這是否意味著馬金恩和合著作者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)宇宙中對(duì)稱性是如何被打破的？絕對(duì)不是，他們的模型僅表明，關(guān)于早期宇宙如何形成“大統(tǒng)一理論”的某些方面可以在實(shí)驗(yàn)室復(fù)制，特別是那些涉及拓?fù)淙毕莸睦碚摬糠?。這些理論沒(méi)有一個(gè)被物理學(xué)家廣泛接受，這可能是一個(gè)很大的“理論死胡同”。
但是馬金恩的研究工作確定為更多的實(shí)驗(yàn)打開(kāi)了大門(mén)，這些實(shí)驗(yàn)旨在研究分析缺陷結(jié)構(gòu)是如何作用于大爆炸之后的瞬間時(shí)刻，這些研究無(wú)疑教會(huì)科學(xué)家一些關(guān)于量子領(lǐng)域的新事物，他說(shuō)：“目前還有一個(gè)懸而未決的問(wèn)題，物理學(xué)家是否會(huì)將這些關(guān)于微小量子世界的細(xì)節(jié)與整個(gè)宇宙行為聯(lián)系在一起？
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