宇宙膨胀无法直接证明。为此，一些物理学家希望在实验室模拟宇宙。希尔珂·维恩弗特纳就是其中一位。

科学家试图在实验室模拟宇宙，揭开宇宙神秘面纱

模拟宇宙膨胀

在诺丁汉大学的物理学实验室，她和同事将借助一个1米宽的巨型超导线圈磁体，来开展这项研究。线圈内部有一小池液体，泛起的细微波纹用于模拟物质波动。正是这种波动赋予我们在宇宙中观测到的各种结构。值得一提的是，诺丁汉大学附近便是英国民间传说中的侠盗罗宾汉出没的舍伍德森林。
维恩弗特纳并不是一个邪恶的天才，不顾一切地创造一个由自己主宰的世界。她只是想进一步了解宇宙的起源。
大爆炸是迄今为止最流行的宇宙起源理论，但即便是该理论的粉丝，对大爆炸如何发生也持不同看法。
大爆炸理论立基于假设中存在的量子场，量子场以令人惊异的速度将宇宙朝各个方向拉伸，让宇宙在不到一秒钟内急剧扩张。这一过程也就是我们所说的“宇宙膨胀”。不过，无论是膨胀还是导致膨胀的量子场都无法直接证明。这也就是为什么维恩弗特纳希望在实验室模拟这一过程。
如果大爆炸理论是对的，“婴儿宇宙”应该由微小的涟漪创造，也就是所谓的“量子波动”。量子波动在宇宙膨胀过程中被拉伸，变成物质、辐射或者光线。这些波动扩展到整个宇宙，播撒星系、恒星和行星的种子。

科学家试图在实验室模拟宇宙，揭开宇宙神秘面纱

借助巨型超导磁体

维恩弗特纳希望借助巨型超导磁体模拟这种涟漪。模拟中，她会在线圈内放置一个直径约6厘米的圆形水槽，并注入水和丁醇。两种液体密度不同，不会混合在一起。
随后，研究人员会制造人工引力扭曲。研究论文合著者理查德·希尔表示：“磁场的强度会随位置变化。通过将液体移动到磁场的不同区域，有效引力便可随之增强或减弱，甚至发生颠倒。”
通过改变引力，研究小组希望能够创造出涟漪。与池塘泛起的波纹不同，这种涟漪会出现在两种液体之间。研究小组成员阿纳斯塔西奥斯·阿弗古斯提蒂斯指出：“通过细微调整涟漪的速度，我们能够模拟出一个膨胀的宇宙。”
膨胀过程中，宇宙体积迅速增大，物质涟漪恒速扩散。实验中，液体体积保持不变，涟漪的传播速度快速降低。阿弗古斯提蒂斯说：“描述两种情况下涟漪传播的方程式是一样的。”
这一点很重要：如果这种波动触发的结构与在宇宙中发现的结构类似，我们或许能够一瞥宇宙的膨胀机制。
实际上，这并不是维恩弗特纳或者其他任何人第一次尝试在微小尺度下模拟宇宙现象。世界各地的天体物理学家都在实验室进行这种尝试。他们研发了更为精密复杂的装置，利用声波或者磁铁在液体和气体中触发波动。在强引力场，声波的传播与光波类似。

艺术概念图，黑洞正在享用蓝星大餐

在实验室里“再现”宇宙

2017年6月，维恩弗特纳曾借助一个中间有出水口的大水槽，模拟另一种难以观测的现象——黑洞超辐射。1981年，温哥华不列颠哥伦比亚大学的物理学家威廉·安鲁（10年前做过维恩弗特纳的导师）率先提出在实验室中模拟引力的想法。安鲁说：“我们无法让宇宙‘重播’，就算我们能做到，我们也活不到看到实验结果的那一天。”
自安鲁首次实验以来，模拟引力实验日趋复杂。实验中，安鲁使用液体模拟引力，试图展示这种“声学黑洞”对声波的影响，就相当于真正的黑洞事件视界对光线的影响。换句话说，我们在实验室进行的测量和再现可以用于探寻黑洞的特性。即便是对大名鼎鼎的霍金辐射，这种方式也行得通。霍金辐射理论认为，黑洞会不断向外辐射热量，最终彻底蒸发。几年前，以色列海法理工学院的杰夫·施泰因豪尔发现了霍金辐射的声学类似物。
科学家还可以通过模拟，研究膨胀的其它方面。
几年前，法国国家科学研究中心的克里斯托弗·韦斯特布鲁克率领的一支研究小组，通过“扭动”环状玻色-爱因斯坦凝聚态，研究量子粒子的形成过程。玻色-爱因斯坦凝聚态是一种物质形态，原子被冷却到接近绝对零度，导致其行为与一个单一的量子物体类似。膨胀过程中，宇宙温度先是急剧下降，而后再度升温，当时宇宙暴涨停止并伴随所谓的“再加热”过程，最终进入正常的大爆炸扩张期。
2017年10月，联合量子研究所的物理学家史蒂芬·埃克尔领导了一项实验。该研究所由美国国家标准技术研究所和马里兰大学共同创建。实验中，研究人员同样利用玻色-爱因斯坦凝聚态观察声波的拉伸。这种拉伸与宇宙膨胀时的光线红移现象类似。此外，研究小组还观察到一种类似“再加热”过程的效应。

来源：国家空间科学中心