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科学家发现量子微观世界的变化与宏观宇宙膨胀是如此惊人的相似!

诡异的相似之处,有时会以惊人的方式将不同的科学观点统一起来。其中一个相似之处可能是科学家可以在一个台面上重现宇宙膨胀。

研究人员使用玻色-爱因斯坦凝聚体实验完成了他们的壮举,这是某些原子的集合,这些原子被保持在绝对零度附近。玻色-爱因斯坦凝聚态让科学家们可以在大尺度上看到微小的量子力学效应,并曾经大量的用来观察疯狂的物理学现象。这些科学家希望他们能用这种实验的反应来模拟宏观宇宙的行为。

来自马里兰大学联合量子研究所的格雷琴·坎贝尔(Gretchen Campbell)在接受采访时表示,我们很难测试宇宙学的理论。可是我们可以找到一种方法来研究一些实验室规模的宇宙模型。

在这个系统中,一切都是一个类比。宇宙的真空是由大约10,000个钠原子所代表的,它们被限制在一个由光束组成的环形轨道上,在绝对零度以上,温度非常低。宇宙的光速被表示为通过原子发出的声音的速度。根据发表在《物理评论X》上的一篇论文,宇宙中的粒子被表示成声子,是振动能量(声音)穿过原子的最小单位。

这听起来不可相提并论的两个事件,但这两个系统的表现似乎是早期膨胀的宇宙和超冷原子被一些非常相似的数学所支配。这意味着,如果你观察原子随时间的变化,你就可以预测宇宙在生命早期是如何演化的。同样的方程所控制的两件事也应该以同样的方式改变。

研究人员迅速增加了环的大小,速度比声音的速度快,与宇宙大爆炸后的膨胀速度相比,宇宙的膨胀速度要快得多。冷凝物表现出一些类似于能量在膨胀的宇宙中表现的行为。这包括当凝结水膨胀时,声子的伸展,称为红移,膨胀的能量转化为振动扰动,让人联想到被认为是在膨胀结束时产生的粒子。

这只是第一次尝试的比较,它不能代替实际的空间。但是科学家们长期以来在玻色-爱因斯坦凝聚态来类比解释宇宙中一些奇怪的事件。最近,一位科学家利用玻色-爱因斯坦凝聚体重现了斯蒂芬·霍金最著名的蒸发黑洞理论。坎贝尔希望能更好地了解他们所看到的现象,并更好地设计这些实验来研究在我们不断膨胀的宇宙和其他一些奇怪的事情。

我觉得研究结果相当令人兴奋,因为他们建立了宇宙学和浓缩物质和原子物理学之间的新联系,奥地利科学技术研究所的助理教授Misha Lemeshko说。他试图用一个玻色-爱因斯坦凝聚体实验来解释早期宇宙,为我们提供了一幅直观的宇宙图像。

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