宇宙|一个膨胀的泡泡,塑造出我们的宇宙?( 二 )


出于这个原因 , 研究人员表示 , 只有等到成熟的量子计算机出现 , 关于气泡行为的研究才可能实现突破 。 由于量子计算机的计算单元是量子比特(Qubit) , 因此这类设备能够处理量子纠缠 , 因为它们本身就是靠量子纠缠来完成计算 。
与此同时 , 其他研究人员采用了不同的策略 。 英国杜伦大学的物理学家迈克尔·斯潘诺夫斯基(MichaelSpannowsky)和史蒂文·阿贝尔(StevenAbel)认为 , 如果使用一种和真空状态遵循相同量子规律的设备 , 就可以绕过棘手的计算过程 。 “如果能把系统编码到一个实际存在的设备上 , 就用不着计算了 , ”斯潘诺夫斯基说 , “这就从理论预测变成了做实验 。 ”
这种设备被称为量子退火机 , 是一种受限的量子计算机 , 它通过寻找量子比特的最低能态 , 专门用于解决算法优化问题 。 这个过程与假真空衰变相差无几 。
阿贝尔和斯潘诺夫斯基使用商用量子退火机D-Wave , 对一串200个量子比特进行编程 , 来模拟一个高能态或低能态的量子场 , 类似于假真空和真真空 。 然后他们把系统松开 , 观察前者如何衰变成后者 , 最后导致真空泡的诞生 。
去年6月的一篇预印本论文描述了这项实验 , 它只是验证了已知的量子效应 , 并没有取得关于真空衰变的新发现 。 但研究人员希望最终能利用D-Wave一点一点超越当前的理论预测 。
第三种方法干脆抛开计算机 , 直接吹泡泡 。
接近光速膨胀的量子泡泡没那么容易得到 , 但在2014年 , 澳大利亚和新西兰的物理学家提出了一种能在实验室制作这种泡泡的方法 , 即利用物质的一种奇特状态——玻色-爱因斯坦凝聚态(Bose-Einsteincondensate , BEC) 。 一团稀薄的气体冷却到近绝对零度时便可以凝聚成BEC , 其具有不寻常的量子力学特性 , 包括能与另一个BEC干涉 。 (类似两束激光的干涉)该团队预测 , 如果两个凝聚态干涉的方式恰到好处 , 那么实验人员应该能捕捉凝聚态中生成气泡的直接图像 , 这些气泡与多重宇宙中假设的气泡相似 。

宇宙|一个膨胀的泡泡,塑造出我们的宇宙?
文章图片
图片来源:pixabay
“因为这是一项实验 , 所以显然包含了自然界应有的全部物理规律 , 包括量子效应和经典效应 。 ”佩里斯说 。
佩里斯带领着一个物理学家团队 , 研究如何稳定凝聚态混合物 , 以防止不相关效应导致的崩塌 。 经过多年努力 , 她和同事们终于做好了建立原型实验的准备 , 他们希望未来几年内能吹出冷凝态气泡 。
如果实验顺利 , 他们就可以解答两个问题:气泡形成的速度 , 以及一个气泡的膨胀如何改变附近另一个气泡膨胀的概率 。 这些疑问甚至无法用现有的数学方式来表达 , 布雷登说 。 他为实验的理论基础做出了贡献 。
这些信息将帮助像布雷登和佩里斯这样的宇宙学家计算出 , 来自附近气泡宇宙很久以前的撞击 , 如何导致我们这个宇宙的颤抖 。 这种碰撞留下的疤痕 , 可能是宇宙中一个圆形的冷斑 。 佩里斯和其他人试图寻找过这个冷斑 , 但没有找到 。 而其他的细节 , 比如碰撞是否会产生引力波 , 还要取决于未知气泡的具体情况 。
就算多重宇宙只是海市蜃楼 , 物理学家依旧会受益于探寻多重宇宙过程中开发的大量工具 。 理解多重宇宙就是理解空间中的物理学 , 它无处不在 。
假真空衰变“似乎是物理学中无处不在的特征 , ”佩里斯说 , “我个人不相信纸上谈兵的纯理论计算能解决问题 。 ”
https://www.quantamagazine.org/physicists-study-how-our-universe-might-have-bubbled-up-in-the-multiverse-20210125/
宇宙|一个膨胀的泡泡,塑造出我们的宇宙?】本文经授权转载自微信公众号“环球科学” , 版权归原作者所有 。 文章只为信息的传播 , 不代表本号所持观点 。 具体信息请参考原文 。