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新知：宇宙 选自《参考消息》2022年11月23日 一 多元宇宙存在证据已被找到
【英国《新科学家》周刊网站10月31日报道】题：声称掌握多元宇宙存在证据的宇宙学家(记者：罗恩·胡珀)
我们的宇宙是如何开始的?这是古往今来最深奥的问题之一，就算你认为这个问题不可能有答案也情有可原。但是，北卡罗来纳大学查珀尔希尔分校的宇宙学家劳拉·梅尔西尼-霍顿却声称她已经解开了这一谜题。
梅尔西尼-霍顿的高见是，最初时刻的宇宙可以理解为一种量子波函数——即有关混沌中的各种可能性的数学描述。它们除催生出了我们自己的宇宙之外，还催生出了众多形式各异的宇宙。她还就其他宇宙会以何种方式给我们的宇宙留下印记作出了预言。这些假想一直引发争议，一些物理学家认为她的预言站不住脚。但梅尔西尼-霍顿声称，她的这些预言已经得到了对于宇宙大爆炸遗留辐射的观测证实。
在下面的采访中，她向《新科学家》周刊记者讲述了自己的假想——她在自己的新书《大爆炸前：我们处于多元宇宙中的宇宙的起源》中描述了这些内容。
记者：回到物理学上，你能解释为什么我们的宇宙完全不可能是自发形成的，以及这一认识是如何引导你考虑多元宇宙的?
梅尔西尼-霍顿：这要从热力学第二定律说起。该定律指出，任何一个系统的熵——这个值大致意味着系统的混乱程度——总是随时间而增加。因此，我们宇宙存在的最初时刻的熵肯定是极其微小的，但是，找到一个自发形成的宇宙的概率与其熵值成正比。由于我们的宇宙起初的熵值非常小，这就使它只有极其微弱的存在机会。
我们从天文观测和理论性假设中获悉，宇宙最初是充满能量的极小的平滑斑点，牛津大学数学家罗杰·彭罗斯认为这样的宇宙形成概率是1/10的10次方的123次方。因此像我们这样的宇宙自发形成的概率几乎为零。而这个数字激起了我的好奇心，因为我们身处在这里——我们可以观测我们周围的宇宙，这是我们的家园，我们确切知道它是存在的。
记者：你所说的“最初的量子多元宇宙”是指什么?
梅尔西尼-霍顿：我的意思是，在宇宙以时空形式出现的那一刻，你可以把宇宙想象为处在抽象能量空间中的一个波形函数。我是在21世纪的头几年开始考虑所有这些假设的，当时弦论曾是“万物理论”的主要候选学说——“万物理论”是一种把万有引力与其他三种量子作用力结合到一起，以解释宇宙的理论。
弦论认为，自然界在最基本的级别上有11个维度，而粒子实际上是我们可以看到的少量微小的震荡弦回路。根据弦论，在“卷起”了额外的空间维度，使它们变得足够微小而无法被看到之后，你最终会看到全部可能的初始能量态——即潜在的大爆炸能量，这些能量可以产生出包罗万象的各种宇宙。
记者：所以你作出了一个可以验证的预言：我们应该能够看到我们宇宙与其他宇宙之间的原始纠缠迹象。
梅尔西尼-霍顿：我曾在2005年和2006年与理查德·霍尔曼和高桥东茂(音)作出过一系列预言，我们认为我们将能够看到这种早期纠缠的信号。我们现在的宇宙只不过是婴儿时期的宇宙按比例放大了的版本，其所有的“胎记”都被保留了下来。如果你把所有这些量子宇宙都考虑成微小的量子粒子，那么它们都是在相互影响的——在引力学上它们是相互吸引的，而这在我们的天空中留下了痕迹。
预言之一是在宇宙微波背景中存在巨大的空白地带，即冷点。人们在空间观测站“威尔金森微波各向异性探测器”的观测结果中发现了这样一处空白地带(宽度约为9亿光年)。它也得到对宇宙微波背景进行观测的普朗克卫星的证实。我们是最早证明如何真正验证多元宇宙的存在的研究者——而且你不必前往宇审的可观察范围以外的地方，你从天空中能看出这一点。
二 科学家发现宇宙最早期恒星线索
【英国《新科学家》周刊网站9月28日文章】题：类星体的光显示宇宙最早期恒星的线索(作者：利娅·克兰)
我们可能在宇宙中发现最早恒星的痕迹。这些被称为“第三星族星”的奇怪天体估计以大规模超新星爆发的形式彻底毁灭，而天文学家可能看到其中这样一个事件的残余。 东京大学的吉井让和同事们在研究一个类星体发出的光时发现了这些线索。类星体是极亮的天体，位于星系中心，这个星系由坠入超大质量黑洞的物质提供动力。这个名为J1342+0928的类星体距离地球很遥远，是迄今发现的最遥远类星体之一，形成于宇宙大爆炸后不到7亿年。 这颗类星体光线的光谱显示它含有大量铁，是太阳的20多倍。此外，它的镁含量似乎也很低。这些元素之所以重要，是因为它们产生于不同的过程，可以利用相对含量确定它们来自哪种宇宙天体。这个类星体上发现的这些元素的含量无法用标准模型来解释。 研究人员发现，在大爆炸后这么快就制造出这么多铁的最合理方式是不稳定对超新星：这是一种特殊的爆炸，只发生于极其巨大的恒星，它们与其他超新星不同，会完全爆炸，不会留下星核。如果类星体 J1342+0928附近出现这样的超新星爆发，碎片就会朝星系中心坠落，最终被类星体吸收。 这种超新星爆发产生多少镁很大程度上由爆发恒星的质量决定。吉井让在一份声明中说：“我很高兴也有点惊讶地发现，一颗质量是太阳300倍的恒星的不稳定对超新星，其镁铁比值与我们为类星体推导出的低值相符”。
他说，这是不稳定对超新星迄今最明显的特征。因为只有质量约为太阳130倍的恒星才可能发生这样的超新星爆发，这可能也是“第三星族星”存在的证据，这类星体很久以前就应该已经完全毁灭。
这些恒星对我们了解宇宙至关重要，因为它们应该最先创造出质量大于氦的元素。它们还常常被认为是超大质量黑洞的潜在种子：超大质量黑洞大到难以想象，如果没有类似的巨大恒星，很难在宇宙早期找到创造它们的方法。
三 微型宇宙显示粒子可“无中生有”
【英国《新科学家》周刊网站11月9日报道】题：微型宇宙表明，粒子可能会凭空产生。
科学家从极度冷却的钾原子中创造出来了微小膨胀宇宙的模拟版。它可以用来帮助我们理解极难直接探测到的宇宙现象，例如宇宙扩张过程中可能在虚空中产生的一对粒子。
德国海德堡大学的马库斯·奥贝塔勒及其同事在真空中冷却了2万多个钾原子，利用激光使它们减速，并将它们的温度降低到大约60纳开尔文，也就是绝对零度以上60亿分之一开氏温度。
在这个温度下，原子形成了一个相当于人类头发丝宽度的云雾。它不是冷冻，它们变成了量子态类液相物质，即玻色-爱因斯坦凝聚态。可以通过向它们发射光来控制处于这一状态的原子——研究人员利用一个微型投射器精确地设定原子的密度，在空中的排列以及它们相互施加的力。
通过改变这些特性，研究小组使原子遵循一个名为时空度量的方程，在一个真正的全尺寸宇宙中，该方程决定了其弯曲程度、光的行进速度以及在非常巨大的物体附近光线会弯曲多少。奥贝塔勒说，这是第一个利用冷却原子来模拟弯曲和膨胀宇宙的实验。
当研究人员利用它们的投影仪使原子模仿不断扩大的宇宙时，原子恰恰是按照一种涟漪模式移动的，也就是成对粒子凭空出现时所具有的涟漪模式——即“粒子偶生成”现象。研究人员说，这表明，粒子对可在膨胀的宇宙中产生，正如我们所处的宇宙。
西班牙巴塞罗那自治大学的阿莱西奥·塞利说，这项新实验是将量子效应和引力结合在一起的一个非常精确的活动场。他说，物理学家并不十分清楚在我们生活的宇审中两者是如何结合的，但超冷原子的实验或可令他们测试一些想法，且可以启发新的观察目标，以便在这个更大、更复杂的宇宙中进行观测。
德国耶拿大学的斯特凡·弗勒尔兴格是该研究团队的成员，他说，未来同一系统的实验或可令科学家更好地了解我们这个宇宙的量子特性。
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发表于 2022-12-26 16:48:02