科学探索|物理学家称我们的现实世界可能只是两个相互作用的世界的一半物理学家称我们的现实世界可

物理学家有时会想出一些听起来像科幻小说的怪诞故事。然而，有些故事被证明是真实的，比如爱因斯坦描述的空间和时间的曲率最终被天文测量所证实。其他的则仅仅是作为一种可能性或数学上的好奇心。在《物理评论研究》的一篇新论文中，联合量子研究所（JQI）研究员Victor Galitski和JQI研究生Alireza Parhizkar研究了一种富有想象力的可能性，即我们的现实世界只是两个互动世界的一半。

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他们的数学模型可能为研究现实的基本方面提供了一个新的视角--包括为什么我们的宇宙会以这样的方式膨胀，以及这与量子力学中允许的最微小的长度有什么关系。这些话题对于理解我们的宇宙至关重要，也是现代物理学伟大谜团之一的一部分。
这两位科学家在研究完全不同的东西时偶然提出了这个新观点，即对石墨烯片的研究。他们意识到，对堆叠的石墨烯片的电性能进行的实验产生了类似于小宇宙的结果，而且这种基本现象可能会普及到物理学的其他领域。在堆叠的石墨烯中，新的电学行为产生于各个片材之间的相互作用，因此，也许独特的物理学也可以从其他地方的相互作用的层中出现--也许在关于整个宇宙的宇宙学理论中。
“我们认为这是一个令人兴奋和雄心勃勃的想法，”Galitski说，他也是物理系的切萨皮克理论物理讲座教授。“从某种意义上说，它通过自然地‘预测’我们宇宙的基本特征，如我们在后续预印本中描述的通货膨胀和黑格斯粒子（Higgs particle），效果如此之好，这几乎令人怀疑。”
叠层石墨烯的特殊电学特性以及与我们的现实有一个“双胞胎”的可能联系，来自于被称为摩尔纹的图案所产生的特殊物理学。当两个重复的图案--从石墨烯片中的六边形原子到窗纱的网格--重叠在一起，其中一个层被扭曲、偏移或拉伸时，就会形成摩尔纹图案。
出现的图案可以在与底层图案相比的巨大长度上重复。在石墨烯堆栈中，新的图案改变了片状物的物理特性，特别是电子的行为。在被称为“魔角石墨烯”的特殊情况下，摩尔纹图案重复的长度大约是单个薄片图案长度的52倍，而控制电子行为的能级急剧下降，允许新的行为，包括超导性。
Galitski和Parhizkar意识到，两片石墨烯中的物理学可以被重新解释为两个二维宇宙的物理学，其中电子偶尔会在宇宙间跳跃。这启发了两位研究人员将数学推广到由任何数量的维度组成的宇宙，包括我们自己的四维宇宙，并探索由摩尔纹产生的类似现象是否会出现在物理学的其他领域。这开启了一条探索之路，使他们面对宇宙学中的一个主要问题。
“我们讨论了当两个真实的宇宙凝聚成一个时，我们是否可以观察到摩尔纹物理学，”Parhizkar说。“当你问这个问题时，你想寻找什么？首先，你必须知道每个宇宙的长度尺度。”
长度尺度--或者说一般的物理值的标度--描述了与你所看的任何东西相关的准确度的水平。如果你要近似测量一个原子的大小，那么百亿分之一米就很重要，但如果你要测量一个足球场，这个尺度就没有用了，因为它是在另一个尺度上。物理学理论对一些最小和最大的尺度进行了基本限制，这些尺度在我们的方程中是有意义的。

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Galitski和Parhizkar所关注的宇宙尺度被称为普朗克长度，它定义了符合量子物理学的最小长度。普朗克长度与爱因斯坦广义相对论场方程中的一个常数--宇宙学常数直接相关。在方程中，这个常数影响着宇宙--在引力的影响之外--是否倾向于膨胀或收缩。