科學(xué)驗(yàn)證平行時(shí)空 普通人知道就好原理看不懂的

自由中子有百分之一的可能性穿越到鏡像宇宙?科學(xué)界不拒絕哪怕最離奇的猜想，但要通過檢驗(yàn)之后才能成為科學(xué)理論。

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?

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)?？蛇@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)椤昂?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。

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