美物理学家创造试管宇宙解释超弦理论(图)

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美物理学家创造试管宇宙解释超弦理论(图)
http://www.sina.com.cn 2008年01月23日 08:24 新浪科技


试管宇宙


　　新浪科技讯 北京时间1月23日消息，据英国《每日电讯报》报道，美国物理学家利用冷却至接近绝对零度的氦-3，在试管中制造了一个“试管宇宙”，并对超弦理论进行了解释。

　　在试管中创造“宇宙”

　　兰开斯特大学的这个科研小组在和小拇指一样大的试管内装入氦同位素(称作氦-3)，然后冷却到最低的可能温度——接近于绝对零度(绝对零度约为零下273摄氏度)，使其中的氦-3形成一个“超流体”，超流体是一种有规律的液体，根据量子论，它里面的原子处于相同状态。科研小组称，这种液体中的原子(还差千分之一摄氏度就达到绝对零度)形成的结构跟在宇宙中看到的结构相似。

　　理查德·海雷与乔治·比克特教授和其他“超低温研究组”的成员合作进行了这项研究，他说：“我们在试管中产生了宇宙。”

　　用“试管宇宙”解释超弦理论

　　“物理学的圣杯”是将粒子与宇宙能量结合，创造有形的解释。但是存在最多争论的一个理论——超弦理论，即弦理论(string theory)，根本无法进行试验。然而根据《自然物理学》杂志上的一项研究，现在物理学家或许能利用试管中的宇宙对它进行解释。海雷说：“这是一项非常偶然的发现。”

　　用来形容这种超流体的等式出现在很多其他物理学分支中。海雷说：“例如，这种超流体的内部结构与时空本身的结构非常接近。时空是我们生活的宇宙背景。因此我们可以利用超流体模拟粒子、黑洞、宇宙弦以及宇宙大爆炸等宇宙现象。对理论测试来说，这非常伟大，因为这个描述了氦-3的等式得到确定，说明‘超弦理论’是我们拥有的最复杂的体系。如果类似的实验在氦-3上不起作用，你就可以利用这项最新的理论。”

　　因为艾伯特·爱因斯坦的先驱性成果，他一直在努力寻找一种能将量子理论和相对论统一在一起的理论。这种理论的最大特点是，它们需要宇宙不只拥有三维，以便将我们的视觉与能量和物质统一起来。一种有希望的候选结果是超对称弦理论，在这个理论中，弦上的波纹被解释成粒子。但是让他们感到奇怪的是，物理学家发现5个超弦理论。现在这项兰开斯特大学的实验让我们对这些理论预测的现象有了更深的了解。在过去的30年间，弦是已知的更大级别的膜宇宙的成员之一，膜宇宙存在于高维空间中，它可以在更多的维中延伸，从维中的弦到两个维中的膜，再到那些p维，都被称作场和弦(p-branes)。

　　此外，弦理论和场和弦是一种潜在的11维M理论的几方面。11维M理论显示，我们居住在膜的世界：一个4维空间的表面或称膜，位于时空混合的高维空间中。人类和大部分粒子在膜内移动，同时，高维为从重力到那些在原子粒子间起作用的物质等所有能量的统一提供一个框架。虽然大量实验更加明显的暴露出被称作“标准模式”的最新理论的缺陷，但是有证据显示，当日内瓦的核粒子加速器——价值44亿英镑的大型强子对撞机在明年开始试验时，M理论的额外隐藏维就能显示出来。但是兰开斯特的这个科研组提供了另一个打破这种僵局的途径。一个观点认为，膜和反膜相撞导致宇宙大爆炸。现在物理学家可以在小小的试管中，在氦超流体中模拟这种现象。(任秋凌）

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这是拓扑学意义上的模拟，而且只是对理论对象本身的模拟，不是对观察对象的模拟。