科学家验证“平行时空”：科幻情节走入现实世界？

　　科学家验证“平行时空”：科幻情节走入现实世界？

　　星罗万象

　　自由中子有百分之一的大概性穿越到镜像宇宙？科学界不拒绝哪怕最怪僻的意料，但要通过检讨之后才气成为科学理论。

　　克日，据《新科学家》杂志报道，美国田纳西州橡树岭国度尝试室（橡树岭是人类汗青上第一枚原子弹的降生之地）的物理学家利娅·布鲁萨尔（Leah Broussard）和她的团队，试图在尝试室里检测镜像平行宇宙是否存在，来办理在中子衰变研究规模已经存在了40年的一个困难。

　　用科幻设定来办理科学问题，这毕竟是怎么一回事？

　　何谓镜像平行宇宙

　　其实，所谓科幻设定，本就是用来科学发明。好比镜像平行宇宙，实际上涉及两个基本量子物理学观念，宇称（镜像对称），以及概率表明延伸出来的“平行时空”。

　　在我们糊口里，可以看到许多简朴镜像，也就是阁下对称的图形。在经典物理学规模，阁下偏向也是完全一致的，镜子里的世界跟镜子外的世界都可以完美地存在。但在量子力学规模里，这种对称性被杨振宁和李政道发明的“宇称不守恒”冲破了，从而揭开了其时著名的“-之谜”，即在弱浸染力（四种基本浸染力之一）参加的核回响进程中，宇称是不守恒的。

　　不只如此，杨、李还设计出了尝试来证明这种不守恒导致的效应，华人科学家吴健雄密斯很快做出了个中一个尝试，从而证明杨、李的理论是对的，推翻了恒久以来默认的“宇称守恒”，震惊了物理学界——在量子力学里，镜子内里的世界，跟镜子外面的世界，竟然是纷歧样的。

　　至于平行宇宙，科幻迷已经很熟悉了。在量子的概率波表明里，关在箱子里那只可怜的“薛定谔的猫”，在被视察之前，既是死的，也是活的，是两种状态的叠加态。在被视察之后，它被领略酿成只有一种状态，要么是死的，要么是活的。

　　那么，另一种状态那边去了？有一种表明认为，另一种状态依然存在，是我们的宇宙产生了破裂，在平行时空里，那只猫酿成了另一种状态。

　　量子世界的这种变革息争释，跟我们糊口履历、经典物理是完全纷歧致的。对付这种“平行宇宙”表明，同意者无法证实，阻挡者也无法证伪。看看，我们熟悉的科幻假定，竟然来自科学家最初的异想天开。

　　中子衰变困难，逼出“镜像平行宇宙尝试”

　　报道中的主角布鲁萨尔在著名的橡树岭国度尝试室研究中子物理。中子，就是险些所有原子核里都存在的那种不带电的粒子。在原子核里，它性质很不变，可以恒久存在。固然有时也不诚恳，会产生衰变，从中子酿成质子，顺便扔出一个电子和一其中微子。

　　可中子一旦得到了自由，它们当即进入衰老期，产生衰变，每过约莫15分钟就会损失一半（这个时间叫做“半衰期”）。

　　问题就出在对自由中子“约莫15分钟”的准确丈量里。中子物理学家们有两种要领来丈量它，一种要领是将它们断绝在一个“瓶子陷阱”中，让它宁静地待着，自由衰变，过一按时间后再数一数剩余的数量；另一种要领是从核回响堆里取出一束飞跃的中子，在飞跃蹊径上设卡计数，数中子衰变之后发生的质子数。可这两种方法获得的半衰期功效老是大同小异——前者为14分39秒，后者为14分48秒。也就是说，约莫900秒的时间，两个功效差了9秒钟。

　　40年来，中子物理学家们绞尽脑汁想弄清楚，毕竟是那边出了问题。

　　面临这个凭据严谨的科学逻辑都无法圆上的“情节”，布鲁萨尔和同事们被迫祭出了科幻作家常用的瑰宝：平行时空，并且是镜像的。

　　这个表明就是，大概真的存在镜像平行宇宙，在飞跃的中子束里有1%的中子，拥有穿越到镜像平行宇宙的本领，它们也产生了衰变，只是不是在我们这个宇宙产生的，那些衰变出来的质子就丢了，视察功效就“显得”半衰期长了一些。

　　尝试尚未展开，功效并不乐观

　　怎么证明“中子穿越到了镜像平行宇宙”呢？布鲁萨尔的尝试设计看起来有些“异想天开”：她设想的是让中子从头穿越返来。为此，要配置一堵厚墙，这堵墙是我们这个宇宙里的中子无论如何也无法穿透的。

　　可凭据“镜像平行宇宙”假设，那一束飞跃的中子束里，有些中子无需陷在墙里，在其他中子迎头撞墙，沦陷在墙里的时候，它们到另一个宇宙去逛了一圈，相当于绕过了墙，然后穿越返来，呈此刻了墙后头。

　　所以，科学家的想法是在墙后配置探测装置，抓住这些操作镜像平行宇宙乐成翻墙的“调皮”中子。这样一来，两种丈量中子半衰期的尝试就能得到一致功效了。

　　不外今朝来说，做出任何评价都还为时过早。因为这个尝试设想固然完成了，何时开展还需待另一个前期尝试的功效阐明。而主持谁人尝试、还在阐明数据的科学家说：“尽量获得任何成就的大概性都很小，但这是一次简朴且不昂贵的尝试，假如一场物理学革掷中大概会发生好的功效，那么我们必需实验。”

　　也就是说，中子物理学家们对这个问题已摸索了40年，功效绝望地发明好像在我们这个宇宙里基础找不到谜底，所以，那些带有科幻色彩的想法就进入到了科学家们的视野。又因为“简朴且不昂贵”，这样脑洞大开的设想才大概被付诸实施。

　　如何领略科学家检讨“科幻设定”

　　实际上，这个事也可以帮我们领略，科学内里的理论表明和尝试验证之间的干系。在现代科学里，科学尝试是为了检讨（证实可能证伪）某种科学理论意料。也就是说，任何科学尝试在执行之前，都必需要有足够的依听说明，它才是有代价的。

　　像这样的镜像平行时空的假设，从理论上而言，是并不太靠谱的，可是这个尝试设计有一个长处，就是其本钱很是低，技能都是现成的，所以这个尝试才得以顺利地进入到实施阶段。

　　另一个开导是，科学尝试设计的结论必需是开放的，任何一位科学家都必需要接管科学尝试所给出的任何大概的功效：证实可能证伪。假如这个尝试在“不行能穿透的墙”后头真的探测到了中子信号，那么，想必物理学家们会大吃一惊，会有更多的同类尝试举办检讨，也会有大批理论学者们对平行时空假设举办热烈的探讨，掀起一场物理学新革命。

　　虽然尚有一种大概性，也就是连设计者都认为的，就是这个尝试并未探测到任何中子信号。也就是说，至少这个尝试会低落“镜像平行时空”这个假设存在的大概性——今后的科幻作家用起这个观念也会更审慎吧？

　　虽然，这种双重大概性恰恰是科学尝试最具魅力的处所。将来的谜底毕竟在什么偏向？连最前沿的物理学家也不知道，所以，人们接待哪怕是最神奇的想法。

　　虽然，“谁主张谁举证”，提出想法的人必需像这位科学家一样，提出最比如力、本钱较低的检讨方案。但也必需认可，最终谜底在那边，我们依然不知道。也大概多年后，人们转头发明，即即是此刻科学家们最狂野的想象，也显得过于守旧了。

　　□孙正凡（天体物理学博士）

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