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Nov. 15 2022

物理學家開創了模擬宇宙初期的實驗

  •  藝術家筆下的宇宙誕生。資料來源:Pixabay/CC0 Public Domain

    藝術家筆下的宇宙誕生。資料來源:Pixabay/CC0 Public Domain

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德國海德堡大學(Universität Heidelberg) 的研究團隊在實驗室使用冷凍的鉀原子模擬宇宙初期。發表在《自然》(Nature)期刊的論文中,研究團隊描述了他們的模擬實驗以及實驗過程。英國諾丁漢大學(University of Nottingham) 的希爾克.魏因富特纳(Silke Weinfurtner) 博士也在《自然》期刊發表了一篇焦點新聞概述這個團隊的研究工作。

科學家一直缺乏證據,以理解宇宙大霹靂剛爆炸的幾分鐘。目前天文物理學家僅能用理論,來描述可能發生的過程。為了能夠證實他們的理論,這回研究人員使用一種新的方法,建立與理論條件相似的物理模型,在實驗室模擬大霹靂後的那一瞬間。

宇宙學初始和演化理論的開端,就從大霹靂啟動了宇宙膨脹開始,研究人員試圖創造他們所說的「量子場模擬」。由於大多數理論認為早期宇宙非常寒冷,接近絕對零度,因此需建立一個非常低溫的實驗環境,研究人員在模擬環境中加入鉀原子,以呈現宇宙初期的樣子。

原子被冷卻到略高於絕對零的溫度,用雷射給予減速,以產生玻色-愛因斯坦凝聚,一種超流體。研究人員藉由實驗操控傳播的速度,觀察超流體在量子動力學的行為,模擬宇宙初期理論上的波傳播。他們認為在大霹靂後的那一瞬間,超流體的行為略同於物理理論所言,會影響時空和粒子的誕生。

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這是首次在實驗室模擬早期宇宙膨脹的狀態,仿照可以創造成對粒子環境的預測理論 ,觀察原子超流體在系統中的動力學,開創了在實驗室研究早期宇宙及相對量子場論動力學的新時代。

 

資料來源:PHYS.ORG

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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