三位研究宇宙大尺度结构的科学家获得10万美元的突破性物理学奖 | {$randkws}热点解读 艺术家对宇宙联网的印象

艺术家对宇宙联网的印象。它看起来像一个巨大的蜘蛛网一样的结构，或者首要是紫色和一些黑色背景上的橙色细丝。(图片来源:uux.cn/Volker Springel(马克斯·普朗克天体物理探究所)等)
（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（本·特纳）：三名科学家获得了10万美元的奖金，用于探究宇宙大规模结构的新方法——纵横交错的巨大物质卷须隐藏着我们宇宙基础力量的证据。
麻省理工学院的排行速递米哈伊尔·伊万诺夫(Mikhail Ivanov)、哥伦比亚大学和西蒙斯基金会的奥利弗·菲尔科克斯(Oliver Philcox)以及佛罗伦萨大学的马尔科·西蒙诺维奇(Marko Simonovi)获得了新视野物理学奖，“以表彰他们为我们理解宇宙的大尺度结构以及开发从星系巡天中提取基础物理学的新工具做出的贡献。”
新视野奖每年由革新奖基金会颁发给早期职业探究人员，奖金由技术亿万富翁谢尔盖·布林、陈慧娴和马克·扎克伯格、尤里和朱莉娅·米尔纳以及安妮·沃西基捐赠。本年的二等奖也授予了范德比尔特大学的亚历山德鲁·卢普斯卡和哈佛大学的迈克尔·约翰逊，以表彰他们追逐神秘黑洞光子球的岗位。
在宇宙对撞机里
依据宇宙学的规范模型，宇宙在大爆炸后着手形成，当时年轻的宇宙充满了物质和反物质的粒子，它们在接触时只会相互湮灭。大多数宇宙的组成若干都是以这种方式自我毁灭的。假如他们完全做到了这一点，就不会有星系、一文读懂演员阵容资讯恒星或行星形成。
但是，宇宙被迅速膨胀的时空结构中的微小扰动所拯救，这使得一些等离子体袋得以存活。当年轻宇宙翻滚的粒子-反粒子肉汤膨胀时，它的熔融细丝向外移动，形成一个相互连接的肥皂泡状薄膜结构，包围着无数大若干是空的空洞。
今日，宇宙是详细票房排行榜单身为那些最初的粒子相互作用的地图而存在的，这些粒子沿着一个巨大的宇宙联网(今日是像我们这样的星系的发源地)的链和结构在时间上被冻结。这张网的形式暗示了塑造它的神秘的原始力量。
“假如你想象欧洲粒子物理探究所的大型强子对撞机，并将其放大一万亿或一万亿万亿倍，这就是你在早期宇宙中实际管理的那种粒子对撞机，”奥利弗·菲尔考克斯告诉《日常科学》。"任何奇怪的事情发生，都会作用物质的分布."
探测大爆炸后物质的位置可以揭示在接着的膨胀中发生的早期粒子相互作用，这是宇宙在短短几分之一秒内以指数速度膨胀的时刻。菲尔科克斯说，详细网大电影消息假如我们将星系视为这些早期时刻的石化遗迹，我们就可以在超早期宇宙中寻找粒子物理学的线索。
“所以它有时被称为‘宇宙对撞机’——就像全部宇宙规模的粒子对撞机，”菲尔考克斯补充道。
直到最近，由于理论和评测的限制，探究我们宇宙如何演化的物理学家首要留意宇宙微波背景(CMB)——大爆炸的残余辐射，身为2D图像燃烧到天空的每个角落。这可以用一个简易的定理来阐释，只含有线性项，叫做宇宙微扰理论。
但是，绘制宇宙联网的能力越来越强，人们渴望知晓暗物质和暗能量等神秘现象(当下的宇宙学无法阐释这两种现象)，这促使物理学家直接留意联网的大尺度结构。
绘制宇宙飓风的点状图
但是对这些巨大的结构开展天文制图是很艰难的。星系是由繁琐的天体物理过程形成的，这些过程是由宇宙的膨胀和物质的坍缩塑造而成的。
例如，当大型结构相互靠近时，非线性效应，如男性化(当引力物体螺旋进入稳定轨道时)就会发生。当它们远离时，宇宙膨胀的相对论效应会扭曲时空，也会扰乱线性方程式。
“一个很好的类比可以是水波。假如我们的宇宙是一个海洋，CMB波动就是其表面的微小波纹。米哈伊尔·伊万诺夫在接纳《实地科学》访谈时强调:“一个星系或许会引发海啸或飓风。”。“水波纹可以很轻松地用几个世纪前进展起来的基础流体动力学来刻画。本质上，这就是宇宙微扰理论。一场飓风是不或许用笔和纸来刻画的，我们可以对它开展一些昂贵的计算机模拟，但它们具有很大的不确定性。”
以便避开这些数学逆风，探究人员一直在为一种称为大规模结构有效场论(EFT)的理论做出贡献，并兴办了几个统计工具来合作他们确认星系如何相互作用。
由于刻画早期宇宙的线性方程在宇宙尺度的两端都不兴办，EFT经由将星系简化为点来平滑图像，并在恰到好处的距离上观察它们在宇宙中的位置，使我们对引力的两个最佳刻画(牛顿力学和广义相对论)只需稍加改动即可适用。
探究EFT的理论家将这比作观看一幅点彩画:设定我们观看宇宙的数量级，我们可以清楚地目睹它——不要太靠近它的小规模混沌，也不要太远以至于相对论扭曲。

《运河风景》( 1894)荷兰-印度尼西亚画家扬·图罗普的一幅庞提利斯绘画。(图片鸣谢:uux.cn/Alamy)
这给了物理学家一个观察宇宙的强有力的新工具，使他们能够对宇宙最初期的起源做出可测试的预测。
“这些新想法可以为前方的星系调研形成新的科学案例，”马尔科·西蒙诺维奇告诉《日常科学》。“随着新资料在前方几年着手到来，目睹除了我们已然得知的以外，我们还能知晓我们的宇宙，以及在这一过程中有什么惊喜在等待着我们，这肯定会相当令人兴奋。”