世界首個大爆炸台式模型

　　美國馬裡蘭大學（University of Maryland）的工作台上靜置著首個大爆炸台式模型。但無需驚慌，這個20微米的裝置只是為了模擬宇宙大爆炸中時間和光的行為，而非模擬爆炸本身。或許未來某一天，該裝置可以幫助解釋為什麼時間只往一個方向前進。

　　物理學家伊戈爾-斯莫利亞尼諾在提交給《物理評論快報》的論文中描述了這一模型，他說，「我們已經按照簡單的實驗幾何原理完成了時空擴展方式的重建。」斯莫利亞尼諾和余菊紅（音譯）都是馬裡蘭大學的電氣工程師，他們使用被稱為「異向介質」（metamaterials）的外來物質製作了宇宙大爆炸的模型，這種不尋常的材料通過使用不同的材料交替片來扭曲光線。

　　研究人員建議利用異向介質像隱形斗篷那樣彎曲物體周圍的光，把一種物體偽裝成另外一種，並且可建立一個完美的透鏡。

　　幾年前，物理學家認識到，異向介質也可以模擬天文現象，如行星繞恆星，光線被黑洞捕獲等。在實驗室建設一個玩具一樣的宇宙，來幫助物理學家運行本來在空間和時間中不可能完成的實驗。使用斯莫利亞尼諾的裝置，研究人員可以研究物理學中長期存在的問題，即時間中的熱力學箭頭問題。無論時間向前或向後運行，大多數物理定律都能正常應用，但熱力學第二定律除外。它決定了雖時間增加，無序性會加強。這就是為什麼人們不能年齡倒退。

　　另一個例外是 「時間的宇宙箭頭」，該箭頭從大爆炸指向宇宙膨脹的方向，其可能與熱力學箭頭相連，指向宇宙最終的熱寂。但有朝一日如果宇宙在「大坍縮」中崩潰，該箭頭方向也可能逆轉。研究人員曾說，「雖然人們普遍認為統計的和宇宙學的時間箭頭相連，但是我們不能重演宇宙大爆炸也無法在實驗中證明這種關係。」但是如果用異向介質大爆炸的實驗台，那麼這一驗證就可以進行。為了建立台式大爆炸裝置，研究人員使用了丙烯酸和黃金，將激光打在黃金之上，激發出被稱為等離子的自由電子波。等離子通過異向介質的平面路徑與大規模粒子通過閔可夫斯基空間的平面路徑的數學描述一致，其中都包含了空間和時間的維度。因此，異向介質大爆炸模型中光的路徑代表了一個粒子處於空間和時間之中的壽命，這就是物理學家稱之為「世界線」的東西。

　　當研究人員用綠色激光照射異向介質之時，他們看到一個單粒子擴展為等離子體三角，這樣一來，「玩具大爆炸模型」就擴展了「世界線」的宇宙意義。由於異向介質是不完善的，光線在傳播過程中相互作用互相扭曲。斯莫利亞尼諾說，這也就是熵的粗糙模型，其代表了時間熱力學箭頭；「世界線」代表了宇宙箭頭的模型。在異向介質模型中，箭頭指向同一個方向。