藝術(shù)家對(duì)宇宙網(wǎng)絡(luò)的印象。它看起來像一個(gè)巨大的究宇結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)蜘蛛網(wǎng)一樣的結(jié)構(gòu)，或者主要是尺度紫色和一些黑色背景上的橙色細(xì)絲。(圖片來源:uux.cn/Volker Springel(馬克斯·普朗克天體物理研究所)等)
（神秘的學(xué)家性物地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（本·特納）：三名科學(xué)家獲得了10萬美元的獎(jiǎng)金，用于研究宇宙大規(guī)模結(jié)構(gòu)的突破新方法——縱橫交錯(cuò)的巨大物質(zhì)卷須隱藏著我們宇宙基本力量的證據(jù)。
麻省理工學(xué)院的理學(xué)米哈伊爾·伊萬諾夫(Mikhail Ivanov)、哥倫比亞大學(xué)和西蒙斯基金會(huì)的位研萬美奧利弗·菲爾科克斯(Oliver Philcox)以及佛羅倫薩大學(xué)的馬爾科·西蒙諾維奇(Marko Simonovi)獲得了新視野物理學(xué)獎(jiǎng)，“以表彰他們?yōu)槲覀兝斫庥钪娴木坑罱Y(jié)構(gòu)獎(jiǎng)大尺度結(jié)構(gòu)以及開發(fā)從星系巡天中提取基礎(chǔ)物理學(xué)的新工具做出的貢獻(xiàn)?！?br>新視野獎(jiǎng)每年由突破獎(jiǎng)基金會(huì)頒發(fā)給早期職業(yè)研究人員，尺度獎(jiǎng)金由科技億萬富翁謝爾蓋·布林、學(xué)家性物陳慧嫻和馬克·扎克伯格、突破尤里和朱莉婭·米爾納以及安妮·沃西基捐贈(zèng)。理學(xué)今年的位研萬美二等獎(jiǎng)也授予了范德比爾特大學(xué)的亞歷山德魯·盧普斯卡和哈佛大學(xué)的邁克爾·約翰遜，以表彰他們追逐神秘黑洞光子球的究宇結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)工作。
在宇宙對(duì)撞機(jī)里
根據(jù)宇宙學(xué)的尺度標(biāo)準(zhǔn)模型，宇宙在大爆炸后開始形成，當(dāng)時(shí)年輕的宇宙充滿了物質(zhì)和反物質(zhì)的粒子，它們?cè)诮佑|時(shí)只會(huì)相互湮滅。大多數(shù)宇宙的組成部分都是以這種方式自我毀滅的。如果他們完全做到了這一點(diǎn)，就不會(huì)有星系、恒星或行星形成。
然而，宇宙被迅速膨脹的時(shí)空結(jié)構(gòu)中的微小擾動(dòng)所拯救，這使得一些等離子體袋得以存活。當(dāng)年輕宇宙翻滾的粒子-反粒子肉湯膨脹時(shí)，它的熔融細(xì)絲向外移動(dòng)，形成一個(gè)相互連接的肥皂泡狀薄膜結(jié)構(gòu)，包圍著無數(shù)大部分是空的空洞。
今天，宇宙是作為那些最早的粒子相互作用的地圖而存在的，這些粒子沿著一個(gè)巨大的宇宙網(wǎng)絡(luò)(今天是像我們這樣的星系的發(fā)源地)的鏈和結(jié)構(gòu)在時(shí)間上被凍結(jié)。這張網(wǎng)的形式暗示了塑造它的神秘的原始力量。
“如果你想象歐洲粒子物理研究所的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，并將其放大一萬億或一萬億萬億倍，這就是你在早期宇宙中實(shí)際運(yùn)行的那種粒子對(duì)撞機(jī)，”奧利弗·菲爾考克斯告訴《生活科學(xué)》。"任何奇怪的事情發(fā)生，都會(huì)影響物質(zhì)的分布."
探測(cè)大爆炸后物質(zhì)的位置可以揭示在隨后的膨脹中發(fā)生的早期粒子相互作用，這是宇宙在短短幾分之一秒內(nèi)以指數(shù)速度膨脹的時(shí)刻。菲爾科克斯說，如果我們將星系視為這些早期時(shí)刻的石化遺跡，我們就可以在超早期宇宙中尋找粒子物理學(xué)的線索。
“所以它有時(shí)被稱為‘宇宙對(duì)撞機(jī)’——就像整個(gè)宇宙規(guī)模的粒子對(duì)撞機(jī)，”菲爾考克斯補(bǔ)充道。
直到最近，由于理論和實(shí)驗(yàn)的限制，研究我們宇宙如何演化的物理學(xué)家主要關(guān)注宇宙微波背景(CMB)——大爆炸的殘余輻射，作為2D圖像燃燒到天空的每個(gè)角落。這可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的定理來解釋，只包括線性項(xiàng)，叫做宇宙微擾理論。
然而，繪制宇宙網(wǎng)絡(luò)的能力越來越強(qiáng)，人們渴望了解暗物質(zhì)和暗能量等神秘現(xiàn)象(目前的宇宙學(xué)無法解釋這兩種現(xiàn)象)，這促使物理學(xué)家直接關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的大尺度結(jié)構(gòu)。
繪制宇宙颶風(fēng)的點(diǎn)狀圖
然而對(duì)這些巨大的結(jié)構(gòu)進(jìn)行天文制圖是很困難的。星系是由復(fù)雜的天體物理過程產(chǎn)生的，這些過程是由宇宙的膨脹和物質(zhì)的坍縮塑造而成的。
例如，當(dāng)大型結(jié)構(gòu)相互靠近時(shí)，非線性效應(yīng)，如男性化(當(dāng)引力物體螺旋進(jìn)入穩(wěn)定軌道時(shí))就會(huì)發(fā)生。當(dāng)它們遠(yuǎn)離時(shí)，宇宙膨脹的相對(duì)論效應(yīng)會(huì)扭曲時(shí)空，也會(huì)擾亂線性方程式。
“一個(gè)很好的類比可以是水波。如果我們的宇宙是一個(gè)海洋，CMB波動(dòng)就是其表面的微小波紋。米哈伊爾·伊萬諾夫在接受《現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)》采訪時(shí)表示:“一個(gè)星系可能會(huì)引發(fā)海嘯或颶風(fēng)?！??！八y可以很容易地用幾個(gè)世紀(jì)前發(fā)展起來的基本流體動(dòng)力學(xué)來描述。本質(zhì)上，這就是宇宙微擾理論。一場(chǎng)颶風(fēng)是不可能用筆和紙來描述的，我們可以對(duì)它進(jìn)行一些昂貴的計(jì)算機(jī)模擬，但它們具有很大的不確定性。”
為了避開這些數(shù)學(xué)逆風(fēng)，研究人員一直在為一種稱為大規(guī)模結(jié)構(gòu)有效場(chǎng)論(EFT)的理論做出貢獻(xiàn)，并建立了幾個(gè)統(tǒng)計(jì)工具來幫助他們分析星系如何相互作用。
由于描述早期宇宙的線性方程在宇宙尺度的兩端都不成立，EFT通過將星系簡(jiǎn)化為點(diǎn)來平滑圖像，并在恰到好處的距離上觀察它們?cè)谟钪嬷械奈恢?，使我們?duì)引力的兩個(gè)最佳描述(牛頓力學(xué)和廣義相對(duì)論)只需稍加調(diào)整即可適用。
研究EFT的理論家將這比作觀看一幅點(diǎn)彩畫:設(shè)定我們觀看宇宙的數(shù)量級(jí)，我們可以清楚地看到它——不要太靠近它的小規(guī)?；煦?，也不要太遠(yuǎn)以至于相對(duì)論扭曲。

《運(yùn)河風(fēng)景》( 1894)荷蘭-印度尼西亞畫家揚(yáng)·圖羅普的一幅龐提利斯繪畫。(圖片鳴謝:uux.cn/Alamy)
這給了物理學(xué)家一個(gè)觀察宇宙的強(qiáng)有力的新工具，使他們能夠?qū)τ钪孀钤缙诘钠鹪醋龀隹蓹z驗(yàn)的預(yù)測(cè)。
“這些新想法可以為未來的星系調(diào)查產(chǎn)生新的科學(xué)案例，”馬爾科·西蒙諾維奇告訴《生活科學(xué)》。“隨著新數(shù)據(jù)在未來幾年開始到來，看到除了我們已經(jīng)知道的以外，我們還能了解我們的宇宙，以及在這一過程中有什么驚喜在等待著我們，這肯定會(huì)非常令人興奮。”

最新評(píng)論