科學(xué)驗(yàn)證平行時(shí)空 平行宇宙真實(shí)存在
四海網(wǎng):近日,據(jù)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道,美國(guó)田納西州橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(橡樹嶺是人類歷史上第一枚原子彈的誕生之地)的物理學(xué)家利婭·布魯薩爾(LeahBroussard)和她的團(tuán)隊(duì),試圖在實(shí)驗(yàn)室里檢測(cè)鏡像平行宇宙是否存在,來解決在中子衰變研究領(lǐng)域已經(jīng)存在了40年的一個(gè)難題。
用科幻設(shè)定來解決科學(xué)問題,這究竟是怎么一回事?
何謂鏡像平行宇宙
其實(shí),所謂科幻設(shè)定,本就是用來科學(xué)發(fā)現(xiàn)。比如鏡像平行宇宙,實(shí)際上涉及兩個(gè)基礎(chǔ)量子物理學(xué)概念,宇稱(鏡像對(duì)稱),以及概率解釋延伸出來的“平行時(shí)空”。
在我們生活里,可以看到很多簡(jiǎn)單鏡像,也就是左右對(duì)稱的圖形。在經(jīng)典物理學(xué)領(lǐng)域,左右方向也是完全一致的,鏡子里的世界跟鏡子外的世界都可以完美地存在。但在量子力學(xué)領(lǐng)域里,這種對(duì)稱性被楊振寧和李政道發(fā)現(xiàn)的“宇稱不守恒”打破了,從而揭開了當(dāng)時(shí)著名的“-之謎”,即在弱作用力(四種基礎(chǔ)作用力之一)參與的核反應(yīng)過程中,宇稱是不守恒的。
不僅如此,楊、李還設(shè)計(jì)出了實(shí)驗(yàn)來證明這種不守恒導(dǎo)致的效應(yīng),華人科學(xué)家吳健雄女士很快做出了其中一個(gè)實(shí)驗(yàn),從而證明楊、李的理論是對(duì)的,推翻了長(zhǎng)期以來默認(rèn)的“宇稱守恒”,震驚了物理學(xué)界——在量子力學(xué)里,鏡子里面的世界,跟鏡子外面的世界,竟然是不一樣的。
至于平行宇宙,科幻迷已經(jīng)很熟悉了。在量子的概率波解釋里,關(guān)在箱子里那只可憐的“薛定諤的貓”,在被觀測(cè)之前,既是死的,也是活的,是兩種狀態(tài)的疊加態(tài)。在被觀測(cè)之后,它被理解變成只有一種狀態(tài),要么是死的,要么是活的。
那么,另一種狀態(tài)哪里去了?有一種解釋認(rèn)為,另一種狀態(tài)依然存在,是我們的宇宙發(fā)生了分裂,在平行時(shí)空里,那只貓變成了另一種狀態(tài)。
量子世界的這種變化和解釋,跟我們生活經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)典物理是完全不一致的。對(duì)于這種“平行宇宙”解釋,同意者無法證實(shí),反對(duì)者也無法證偽??纯?,我們熟悉的科幻假定,竟然來自科學(xué)家最初的異想天開。
中子衰變難題,逼出“鏡像平行宇宙實(shí)驗(yàn)”
報(bào)道中的主角布魯薩爾在著名的橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究中子物理。中子,就是幾乎所有原子核里都存在的那種不帶電的粒子。在原子核里,它性質(zhì)很穩(wěn)定,可以長(zhǎng)期存在。雖然有時(shí)也不老實(shí),會(huì)發(fā)生衰變,從中子變成質(zhì)子,順便扔出一個(gè)電子和一個(gè)中微子。
可中子一旦獲得了自由,它們立即進(jìn)入衰老期,發(fā)生衰變,每過大約15分鐘就會(huì)損失一半(這個(gè)時(shí)間叫做“半衰期”)。
問題就出在對(duì)自由中子“大約15分鐘”的精確測(cè)量里。中子物理學(xué)家們有兩種方法來測(cè)量它,一種方法是將它們隔離在一個(gè)“瓶子陷阱”中,讓它安靜地待著,自由衰變,過一定時(shí)間后再數(shù)一數(shù)剩余的數(shù)量;另一種方法是從核反應(yīng)堆里取出一束奔跑的中子,在奔跑路線上設(shè)卡計(jì)數(shù),數(shù)中子衰變之后產(chǎn)生的質(zhì)子數(shù)。可這兩種方式得到的半衰期結(jié)果總是大同小異——前者為14分39秒,后者為14分48秒。也就是說,大約900秒的時(shí)間,兩個(gè)結(jié)果差了9秒鐘。
40年來,中子物理學(xué)家們絞盡腦汁想弄清楚,究竟是哪里出了問題。
面對(duì)這個(gè)按照嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)邏輯都無法圓上的“情節(jié)”,布魯薩爾和同事們被迫祭出了科幻作家常用的法寶:平行時(shí)空,而且是鏡像的。
這個(gè)解釋就是,可能真的存在鏡像平行宇宙,在奔跑的中子束里有1%的中子,擁有穿越到鏡像平行宇宙的能力,它們也發(fā)生了衰變,只是不是在我們這個(gè)宇宙發(fā)生的,那些衰變出來的質(zhì)子就丟了,觀測(cè)結(jié)果就“顯得”半衰期長(zhǎng)了一些。
實(shí)驗(yàn)尚未展開,結(jié)果并不樂觀
怎么證明“中子穿越到了鏡像平行宇宙”呢?布魯薩爾的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)看起來有些“異想天開”:她設(shè)想的是讓中子重新穿越回來。為此,要設(shè)置一堵厚墻,這堵墻是我們這個(gè)宇宙里的中子無論如何也無法穿透的。
可按照“鏡像平行宇宙”假設(shè),那一束奔跑的中子束里,有些中子無需陷在墻里,在其他中子迎頭撞墻,陷落在墻里的時(shí)候,它們到另一個(gè)宇宙去逛了一圈,相當(dāng)于繞過了墻,然后穿越回來,出現(xiàn)在了墻后面。
所以,科學(xué)家的想法是在墻后設(shè)置探測(cè)裝置,抓住這些利用鏡像平行宇宙成功翻墻的“狡猾”中子。這樣一來,兩種測(cè)量中子半衰期的實(shí)驗(yàn)就能獲得一致結(jié)果了。
不過目前來說,做出任何評(píng)價(jià)都還為時(shí)過早。因?yàn)檫@個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)想雖然完成了,何時(shí)開展還需待另一個(gè)前期實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析。而主持那個(gè)實(shí)驗(yàn)、還在分析數(shù)據(jù)的科學(xué)家說:“盡管得到任何成果的可能性都很小,但這是一次簡(jiǎn)單且不昂貴的實(shí)驗(yàn),如果一場(chǎng)物理學(xué)革命中可能會(huì)產(chǎn)生好的結(jié)果,那么我們必須嘗試。”
也就是說,中子物理學(xué)家們對(duì)這個(gè)問題已探索了40年,結(jié)果絕望地發(fā)現(xiàn)似乎在我們這個(gè)宇宙里根本找不到答案,所以,那些帶有科幻色彩的想法就進(jìn)入到了科學(xué)家們的視野。又因?yàn)?ldquo;簡(jiǎn)單且不昂貴”,這樣腦洞大開的設(shè)想才可能被付諸實(shí)施。
如何理解科學(xué)家檢驗(yàn)“科幻設(shè)定”
實(shí)際上,這個(gè)事也可以幫我們理解,科學(xué)里面的理論解釋和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之間的關(guān)系。在現(xiàn)代科學(xué)里,科學(xué)實(shí)驗(yàn)是為了檢驗(yàn)(證實(shí)或者證偽)某種科學(xué)理論猜想。也就是說,任何科學(xué)實(shí)驗(yàn)在執(zhí)行之前,都必須要有足夠的依據(jù)說明,它才是有價(jià)值的。
像這樣的鏡像平行時(shí)空的假設(shè),從理論上而言,是并不太靠譜的,但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有一個(gè)好處,就是其成本非常低,技術(shù)都是現(xiàn)成的,所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)才得以順利地進(jìn)入到實(shí)施階段。
另一個(gè)啟發(fā)是,科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的結(jié)論必須是開放的,任何一位科學(xué)家都必須要接受科學(xué)實(shí)驗(yàn)所給出的任何可能的結(jié)果:證實(shí)或者證偽。如果這個(gè)實(shí)驗(yàn)在“不可能穿透的墻”后面真的探測(cè)到了中子信號(hào),那么,想必物理學(xué)家們會(huì)大吃一驚,會(huì)有更多的同類實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn),也會(huì)有大批理論學(xué)者們對(duì)平行時(shí)空假設(shè)進(jìn)行熱烈的探討,掀起一場(chǎng)物理學(xué)新革命。
當(dāng)然還有一種可能性,也就是連設(shè)計(jì)者都認(rèn)為的,就是這個(gè)實(shí)驗(yàn)并未探測(cè)到任何中子信號(hào)。也就是說,至少這個(gè)實(shí)驗(yàn)會(huì)降低“鏡像平行時(shí)空”這個(gè)假設(shè)存在的可能性——以后的科幻作家用起這個(gè)概念也會(huì)更謹(jǐn)慎吧?
當(dāng)然,這種雙重可能性恰恰是科學(xué)實(shí)驗(yàn)最具魅力的地方。未來的答案究竟在什么方向?連最前沿的物理學(xué)家也不知道,所以,人們歡迎哪怕是最神奇的想法。
當(dāng)然,“誰主張誰舉證”,提出想法的人必須像這位科學(xué)家一樣,提出最好比較、成本較低的檢驗(yàn)方案。但也必須承認(rèn),最終答案在哪里,我們依然不知道。也可能多年后,人們回頭發(fā)現(xiàn),即便是現(xiàn)在科學(xué)家們最狂野的想象,也顯得過于保守了。
責(zé)任編輯:楊林宇
特別聲明:本網(wǎng)登載內(nèi)容出于更直觀傳遞信息之目的。該內(nèi)容版權(quán)歸原作者所有,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如該內(nèi)容涉及任何第三方合法權(quán)利,請(qǐng)及時(shí)與ts@hxnews.com聯(lián)系或者請(qǐng)點(diǎn)擊右側(cè)投訴按鈕,我們會(huì)及時(shí)反饋并處理完畢。
- 最新國(guó)際新聞 頻道推薦
-
火星上空不明物體現(xiàn)場(chǎng)圖篇曝光 火星上空不明2019-07-11
- 進(jìn)入圖片頻道最新圖文
- 進(jìn)入視頻頻道最新視頻
- 一周熱點(diǎn)新聞
已有0人發(fā)表了評(píng)論