科学家重现宇宙大爆炸 或揭时间方向之迷

在马里兰大学的研究实验室中，有一个特别的装置——首个大爆炸台式模型，它静静地安置在工作台上。这个仅有20微米大小的装置，并非用来模拟真实的爆炸场景，而是用来模拟宇宙大爆炸中时间和光的运行轨迹。这个奇妙的模型由物理学家伊戈尔·斯莫利亚尼诺和余菊红共同研发，他们利用一种名为异向介质的特殊物质来构建这个模型。

异向介质是一种能够通过交替使用不同的材料来扭曲光线的神奇物质。就像隐形斗篷那样，异向介质能够弯曲物体周围的光，让物体隐形或者创建一个完美的透镜。几年前，物理学家发现异向介质还可以模拟天文现象，如行星绕恒星运行，光线被黑洞捕获等。

在实验室里建设一个像玩具一样的宇宙，帮助物理学家们进行那些本来在时间和空间中无法完成的实验。借助斯莫利亚尼诺的装置，研究人员可以深入研究物理学中长期存在的谜题——时间中的热力学箭头问题。这个问题涉及到为什么时间只朝一个方向前进，为什么我们无法年龄倒退。

另一个重要的议题是“时间的宇宙箭头”，它指向宇宙从大爆炸到膨胀的方向，可能与热力学箭头有关，指向宇宙最终的热寂。但如果宇宙在“大坍缩”中崩溃，这个箭头的方向也可能会逆转。研究人员表示，虽然普遍认为统计和宇宙学的时间箭头有关联，但我们无法在现实中证明这种关系。使用异向介质的大爆炸实验台，我们可以进行这样的验证。

为了创建这个台式大，研究人员使用了丙烯酸和黄金。当激光打在黄金上，会激发出被称为等离子的自由电子波。这些等离子通过异向介质的平面路径与大规模粒子通过的空间路径具有相同的数学描述，其中包含了空间和时间的维度。在这个模型中，光的路径代表了一个粒子在空间和时间中的生命周期，这就是物理学家所说的“世界线”。

当研究人员用绿色激光照射异向介质时，他们看到了一个单粒子扩展成等离子体三角的壮观景象。这个“玩具大爆炸模型”为我们展示了“世界线”的宇宙意义。由于异向介质的不完美性，光线在传播过程中会相互作用并产生扭曲。斯莫利亚尼诺表示，这就是熵的粗糙模型，它代表了时间的热力学箭头，“世界线”则代表了宇宙箭头的模型。在这个异向介质模型中，这两个箭头指向同一个方向。

随着对这个模型的深入研究，我们有望更好地理解宇宙的本质，解决物理学中的长期难题，并揭示时间和空间的奥秘。这个小小的装置不仅展现了科学的魅力，也让我们对未知的未来充满了期待。