美打造宇宙大爆炸桌面模型:模拟宇宙诞生瞬间

中国市场研究网www.hjbaogao.com.cn2018-02-06 11:40:52

美国马里兰大学电气工程师近日利用超材料研制出历史上第一个宇宙大爆炸桌面模型。这个宇宙大爆炸桌面模型并非是模拟大爆炸本身,而是能够模拟出宇宙产生瞬间的光线行为和时间流动情形。科学家认为,这将可能用来解释为什么时间机器只能向一个方向前进。
  伊格-斯摩利安尼诺和于居黄是美国马里兰大学的两位电气工程师,他们近日将关于宇宙大爆炸桌面模型的说明发表于《物理评论快报》杂志上。在说明中,斯摩利安尼诺解释说,“我们所做的,虽然只是一个简单的实验几何模型,但是它却能够重现时空膨胀的方式。”
  两位工程师研制的模型是利用超材料制成的,通过变换不同材料的薄片,可以让光线以不寻常的方式产生扭曲。此前,有研究人员已经提出,可以利用超材料制造隐身披风,披风可以让物体周围的光线弯曲,从而实现隐身的目的。数年前,物理学家意识到,超材料还可以模拟一些天文事件,如行星围绕恒星运转、光线被黑洞捕获等。
  在实验室中搭建模拟宇宙可以让科学家完成在自然时空中无法完成的实验。根据宇宙大爆炸桌面模型,研究人员从而可以研究时间的热力学指针问题,这是物理学长期存在的一个难题。为了制造宇宙大爆炸桌面模型,研究人员将一条条丙烯酸和黄金排列起来,这样加热黄金的激光光线就可以激活自由电子波。他们用数学公式来描述激光通过超材料平滑表面的路径,这个公式与描述巨型粒子穿越平坦版本的闵可夫斯基空间时所用的公式相同。
  当研究人员用绿色激光照射超材料时,他们看到了一个三角形自由电子组从一个孤立点延伸出来。“模拟的宇宙大爆炸”后,不断膨胀宇宙的世界线的值也随之发生变化。由于超材料并非是完美的,因此光线在传播过程中会相互干扰和影响。斯摩利安尼诺表示,这可以作为一种粗略的熵值模型,代表了时间的热力学指针。世界线模拟了时间的宇宙学指针。在超材料中,两个指针指向同一方向。
  研究人员同时也考虑到他们的模型能否允许时间旅行。最初,斯摩利安尼诺认为这非常容易。如果你建造了一个超材料结构,其中作环状运行的光线在数学上被认为与穿越时间的粒子相同。然后,送一个自由电子组到环形轨道上,它返回时应回到起始时的相同时间点。但事实证明,这更加复杂。只有拥有特定波长和偏振的光线在斯摩利安尼诺的空间中才有效,对于那些与穿越时间的粒子一样行为的光线来说,环形轨道是不可能的。
  不过,西北大学机械工程师程森认为,现在仍然无法确定自由电子组的路径与宇宙完全膨胀的过程是否相似。斯摩利安尼诺也承认,这一模型的功能和性能是有限的。

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