双层石墨烯启发设计出双宇宙模型

　　物理学家有时候绝对是疯子，想出一些听起来像科幻小说的疯狂故事。有些结果被证明是正确的，比如爱因斯坦所描述的空间和时间的曲率是如何最终被天文测量所证实的。另一些则只是作为可能性或数学上的好奇而存在。
　　在《物理评论研究》的一篇新论文中，其研究成果延伸了富有想象力的可能性，即我们的现实世界有可能只是一对相互作用的两层世界。新设计的数学模型可能为研究现实的基本特征提供了一个新的视角，包括为什么我们的宇宙会以这种方式膨胀，以及这种方式如何与量子力学所允许的最小长度相关联。这些话题对于理解我们的宇宙是至关重要的，也是现代物理学最大的谜团之一的一部分。
　　研究员在研究石墨烯片时偶然发现了这个新的观点，石墨烯是一种重复六角形图案的单原子碳层。他们突然发现，对石墨烯堆积层的电性质进行的实验得出的结果看起来就像是小宇宙，这种潜在的现象可能会推广到物理学的其他领域。在单层石墨烯中，新的电子行为产生于单层石墨烯之间的相互作用，因此，也许独特的物理学也可能产生于其他地方的相互作用层ーー也许是关于整个宇宙的宇宙学理论。
　　这真是一个大胆而令人兴奋和雄心勃勃的想法，从某种意义上说，几乎可以怀疑的是，正如我们在后续预想中描述的那样，它通过自然地‘预测’我们宇宙的基本特征，如膨胀和希格斯粒子，而如此有效。
　　堆叠石墨烯特殊的电学特性以及与我们现实中如双胞胎的可能联系，来自于一种特殊的物理现象，这种特殊的物理现象是由一种叫做莫尔条纹（ 指两个周期性结构图案重叠时所产生的 差频或拍频图案，例如两个周期相同的光栅以一个小角度相互倾斜重叠后所产生的莫尔条纹 ）的图案产生的。当两个重复的图案（从石墨烯片中原子的六边形到窗纱的网格）重叠，其中一层扭曲、偏移或拉伸时，就会形成莫尔条纹。
　　与底层模式相比，出现的模式可以重复大量的时间。在石墨烯堆叠中，新的图案改变了薄片中的物理特性，尤其是电子的行为。在被称为＂魔角石墨烯＂的特殊情况下，莫尔条纹的重复长度大约是单个薄片图案长度的52倍，控制电子行为的能级急剧下降，允许出现新的行为，包括超导性。
　　其研究员突然意识到两层石墨烯中的物理现象可以重新解释为两个二维宇宙中电子偶尔在两个宇宙之间跳跃的现象。这启发了他们将数学推广应用于任意数量维度的宇宙，包括我们自己的四维宇宙，并探索由云纹模式产生的类似现象是否可能在物理学的其他领域中突然出现。这引发了一系列的探索，使他们直面宇宙学中的一个主要问题。
　　长度标度或物理值标度通常描述与所查看内容相关的准确度。如果你在测量一个原子的大小，那么100亿分之一米很重要，但是如果你在测量一个足球场，那么这个刻度是无用的，因为它是在一个不同的刻度上。物理理论对我们方程中的一些最小和最大尺度施加了基本的限制。
　　与加利茨基和帕希斯卡有关的宇宙尺度被称为普朗克长度，它定义了与量子物理学一致的最小长度。普朗克长度与爱因斯坦广义相对论场方程中的宇宙常数直接相关。在方程中，常数影响着在引力影响之外的宇宙是膨胀还是收缩。
　　这个常数是我们宇宙的基础。因此，要确定它的价值，理论上，科学家只需要观察宇宙，测量几个细节，比如星系彼此移动的速度，把所有的东西都塞进方程，然后计算出常数。
　　这个简单的计划遇到了一个问题，因为我们的宇宙既包含相对论效应，也包含量子效应。跨越巨大真空空间的量子涨落效应应该会影响行为，即使在宇宙尺度上也是如此。但当科学家试图将爱因斯坦对宇宙的相对论理解与量子真空理论结合起来时，他们遇到了问题。
　　其中一个问题是，每当研究人员试图用观测值来近似宇宙常数时，他们计算的数值都比他们根据该理论的其他部分所预期的要小得多。更重要的是，该值会根据它们在近似值中包含多少细节而显著地跳跃，而不是基于一致的值。这种挥之不去的挑战被称为宇宙学常数问题，有时也被称为＂真空灾难＂。
　　由于莫尔条纹可以在尺度上产生巨大的差异，条纹效应看起来就像是透过一个自然的镜头来观察问题。他们采用了两个爱因斯坦关于宇宙如何随时间变化的理论副本，并引入了额外的数学术语，让这两个副本相互作用。他们没有观察石墨烯的能量和长度尺度，而是观察宇宙中的宇宙常数和长度。
　　利用他们的模型，他们展示了两个相互作用的世界，宇宙学常数很大，可以超越单个宇宙学常数的预期行为。相互作用产生的行为由一个共享的有效宇宙常数控制，该常数比单个常数小得多。有效宇宙学常数的计算避开了研究人员在近似值跳跃时遇到的问题，因为随着时间的推移，模型中两个宇宙的影响会相互抵消。
　　说实话，这真是一个非常大胆的想法。这只是一个很好的见解，如果真有两个宇宙，它们的宇宙常数比我们观察到的大120个数量级，如果你把它们结合起来，你仍然有可能从它们中得到一个非常小的有效宇宙常数。
　　在初步的后续工作中，研究员已经开始基于这一新视角，深入研究一对互动世界的更详细模型，他们称之为＂双世界＂模型，按照我们的标准，每一个世界都是一个完整的世界，每个世界都充满了所有物质和场的匹配集合。由于数学允许，它们还包括同时生活在两个世界的领域，他们称之为＂两栖领域＂
　　研究人员发现，新模型产生了其他有趣的结果。当他们把数学整合在一起时，他们发现模型的一部分看起来像是现实中的重要领域。更详细的模型仍然表明，两个世界可以解释一个小的宇宙学常数，并提供了这样一个双世界如何在宇宙背景辐射上留下一个明显的特征的细节，即从宇宙最早时期就存在的光。
　　在现实世界中，这种情况也可能被完全看不到。因此，未来的实验可能会确定这种由石墨烯激发的独特视角是否值得更多关注，或者仅仅是物理学家玩具箱中有趣的新奇事物。