他們的數(shù)學(xué)模型可能為研究現(xiàn)實(shí)的基本方面提供了一個(gè)新的視角--包括為什么我們的宇宙會(huì)以這樣的方式膨脹，以及這與量子力學(xué)中允許的最微小的長(zhǎng)度有什么關(guān)系。這些話題對(duì)于理解我們的宇宙至關(guān)重要，也是現(xiàn)代物理學(xué)偉大謎團(tuán)之一的一部分。

這兩位科學(xué)家在研究完全不同的東西時(shí)偶然提出了這個(gè)新觀點(diǎn)，即對(duì)石墨烯片的研究。他們意識(shí)到，對(duì)堆疊的石墨烯片的電性能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了類(lèi)似于小宇宙的結(jié)果，而且這種基本現(xiàn)象可能會(huì)普及到物理學(xué)的其他領(lǐng)域。在堆疊的石墨烯中，新的電學(xué)行為產(chǎn)生于各個(gè)片材之間的相互作用，因此，也許獨(dú)特的物理學(xué)也可以從其他地方的相互作用的層中出現(xiàn)--也許在關(guān)于整個(gè)宇宙的宇宙學(xué)理論中。

“我們認(rèn)為這是一個(gè)令人興奮和雄心勃勃的想法，”Galitski說(shuō)，他也是物理系的切薩皮克理論物理講座教授?！皬哪撤N意義上說(shuō)，它通過(guò)自然地‘預(yù)測(cè)’我們宇宙的基本特征，如我們?cè)诤罄m(xù)預(yù)印本中描述的通貨膨脹和黑格斯粒子（Higgs particle），效果如此之好，這幾乎令人懷疑?！?/p>

疊層石墨烯的特殊電學(xué)特性以及與我們的現(xiàn)實(shí)有一個(gè)“雙胞胎”的可能聯(lián)系，來(lái)自于被稱為摩爾紋的圖案所產(chǎn)生的特殊物理學(xué)。當(dāng)兩個(gè)重復(fù)的圖案--從石墨烯片中的六邊形原子到窗紗的網(wǎng)格--重疊在一起，其中一個(gè)層被扭曲、偏移或拉伸時(shí)，就會(huì)形成摩爾紋圖案。

出現(xiàn)的圖案可以在與底層圖案相比的巨大長(zhǎng)度上重復(fù)。在石墨烯堆棧中，新的圖案改變了片狀物的物理特性，特別是電子的行為。在被稱為“魔角石墨烯”的特殊情況下，摩爾紋圖案重復(fù)的長(zhǎng)度大約是單個(gè)薄片圖案長(zhǎng)度的52倍，而控制電子行為的能級(jí)急劇下降，允許新的行為，包括超導(dǎo)性。

Galitski和Parhizkar意識(shí)到，兩片石墨烯中的物理學(xué)可以被重新解釋為兩個(gè)二維宇宙的物理學(xué)，其中電子偶爾會(huì)在宇宙間跳躍。這啟發(fā)了兩位研究人員將數(shù)學(xué)推廣到由任何數(shù)量的維度組成的宇宙，包括我們自己的四維宇宙，并探索由摩爾紋產(chǎn)生的類(lèi)似現(xiàn)象是否會(huì)出現(xiàn)在物理學(xué)的其他領(lǐng)域。這開(kāi)啟了一條探索之路，使他們面對(duì)宇宙學(xué)中的一個(gè)主要問(wèn)題。

“我們討論了當(dāng)兩個(gè)真實(shí)的宇宙凝聚成一個(gè)時(shí)，我們是否可以觀察到摩爾紋物理學(xué)，”P(pán)arhizkar說(shuō)?！爱?dāng)你問(wèn)這個(gè)問(wèn)題時(shí)，你想尋找什么？首先，你必須知道每個(gè)宇宙的長(zhǎng)度尺度?！?/p>

長(zhǎng)度尺度--或者說(shuō)一般的物理值的標(biāo)度--描述了與你所看的任何東西相關(guān)的準(zhǔn)確度的水平。如果你要近似測(cè)量一個(gè)原子的大小，那么百億分之一米就很重要，但如果你要測(cè)量一個(gè)足球場(chǎng)，這個(gè)尺度就沒(méi)有用了，因?yàn)樗窃诹硪粋€(gè)尺度上。物理學(xué)理論對(duì)一些最小和最大的尺度進(jìn)行了基本限制，這些尺度在我們的方程中是有意義的。

Galitski和Parhizkar所關(guān)注的宇宙尺度被稱為普朗克長(zhǎng)度，它定義了符合量子物理學(xué)的最小長(zhǎng)度。普朗克長(zhǎng)度與愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論場(chǎng)方程中的一個(gè)常數(shù)--宇宙學(xué)常數(shù)直接相關(guān)。在方程中，這個(gè)常數(shù)影響著宇宙--在引力的影響之外--是否傾向于膨脹或收縮。

這個(gè)常數(shù)是我們的宇宙的根本。因此，為了確定其數(shù)值，科學(xué)家們?cè)诶碚撋现恍枰^察宇宙，測(cè)量一些細(xì)節(jié)，如星系相互移動(dòng)的速度，將所有的東西插入方程并計(jì)算出常數(shù)必須是什么。

這個(gè)直截了當(dāng)?shù)挠?jì)劃遇到了一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槲覀兊挠钪嫱瑫r(shí)包含了相對(duì)論和量子效應(yīng)。即使是在宇宙學(xué)的尺度上，跨越巨大的空間真空的量子波動(dòng)效應(yīng)也應(yīng)該影響行為。但是當(dāng)科學(xué)家們?cè)噲D把愛(ài)因斯坦給我們的對(duì)宇宙的相對(duì)論理解與關(guān)于量子真空的理論結(jié)合起來(lái)時(shí)，他們遇到了問(wèn)題。

其中一個(gè)問(wèn)題是，每當(dāng)研究人員試圖使用觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)接近宇宙學(xué)常數(shù)時(shí)，他們計(jì)算出的數(shù)值要比他們根據(jù)理論的其他部分所預(yù)期的小得多。更重要的是，根據(jù)他們?cè)诮浦抵兴募?xì)節(jié)的多少，這個(gè)值會(huì)急劇跳動(dòng)，而不是集中在一個(gè)一致的值上。這個(gè)揮之不去的挑戰(zhàn)被稱為宇宙常數(shù)問(wèn)題，或有時(shí)被稱為“真空災(zāi)難”。

“這是最大的--迄今為止最大的--測(cè)量和我們可以通過(guò)理論預(yù)測(cè)的結(jié)果之間的不一致，”P(pán)arhizkar說(shuō)?！斑@意味著有些東西是錯(cuò)誤的?！?/p>

由于摩爾紋圖案可以產(chǎn)生巨大的尺度差異，摩爾紋效應(yīng)似乎是看待這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)自然鏡頭。Galitski和Parhizkar創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)學(xué)模型（他們稱之為摩爾紋引力），將愛(ài)因斯坦關(guān)于宇宙如何隨時(shí)間變化的理論分成兩份，并在數(shù)學(xué)中引入額外條款，讓這兩份理論相互作用。他們不是在看石墨烯的能量和長(zhǎng)度尺度，而是在看宇宙的宇宙學(xué)常數(shù)和長(zhǎng)度。

Galitski說(shuō)，這個(gè)想法是他們?cè)趶氖乱粋€(gè)看似無(wú)關(guān)的項(xiàng)目時(shí)自發(fā)產(chǎn)生的，該項(xiàng)目由約翰·坦普爾頓基金會(huì)資助，主要研究石墨烯和其他材料中的流體力學(xué)流動(dòng)，以模擬天體物理現(xiàn)象。

通過(guò)分析他們的模型，他們表明，兩個(gè)具有大宇宙學(xué)常數(shù)的互動(dòng)世界可以推翻來(lái)自單個(gè)宇宙學(xué)常數(shù)的預(yù)期行為。相互作用產(chǎn)生的行為受一個(gè)共享的有效宇宙學(xué)常數(shù)支配，這個(gè)常數(shù)比單個(gè)常數(shù)小得多。對(duì)有效宇宙學(xué)常數(shù)的計(jì)算規(guī)避了研究人員對(duì)其近似值跳動(dòng)的問(wèn)題，因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，模型中兩個(gè)宇宙的影響會(huì)相互抵消。

“我們并沒(méi)有聲稱--永遠(yuǎn)--這解決了宇宙學(xué)常數(shù)問(wèn)題，”P(pán)arhizkar說(shuō)?！罢f(shuō)實(shí)話，那是一個(gè)非常傲慢的說(shuō)法。這只是一個(gè)很好的見(jiàn)解，如果你有兩個(gè)具有巨大宇宙常數(shù)的宇宙，比如比我們觀察到的大120個(gè)數(shù)量級(jí)，如果你把它們結(jié)合起來(lái)，仍然有機(jī)會(huì)從它們中得到一個(gè)非常小的有效宇宙常數(shù)。”

在初步的后續(xù)工作中，Galitski和Parhizkar已經(jīng)開(kāi)始在這個(gè)新論點(diǎn)的基礎(chǔ)上，深入研究?jī)蓚€(gè)相互作用的世界的更詳細(xì)的模型--他們稱之為“雙世界”。按照我們的正常標(biāo)準(zhǔn)，這些世界中的每一個(gè)都是一個(gè)獨(dú)立的完整世界，并且每一個(gè)都充滿了所有物質(zhì)和場(chǎng)的匹配集合。由于數(shù)學(xué)允許，他們還包括同時(shí)生活在兩個(gè)世界的場(chǎng)，他們稱之為“兩棲場(chǎng)”。

新的模型產(chǎn)生了研究人員認(rèn)為耐人尋味的額外結(jié)果。當(dāng)他們把數(shù)學(xué)放在一起時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)該模型的一部分看起來(lái)像現(xiàn)實(shí)中的重要場(chǎng)。更詳細(xì)的模型仍然表明，兩個(gè)世界可以解釋一個(gè)小的宇宙學(xué)常數(shù)，并提供了關(guān)于這樣一個(gè)“雙世界”如何在宇宙背景輻射上印下一個(gè)明顯的簽名的細(xì)節(jié)--從宇宙最早的時(shí)候就一直存在的光。

在現(xiàn)實(shí)世界的測(cè)量中，這種特征可能會(huì)被看到--或者肯定不會(huì)被看到。因此，未來(lái)的實(shí)驗(yàn)可以確定這種由石墨烯激發(fā)的獨(dú)特視角是否值得更多關(guān)注，或者僅僅是物理學(xué)家玩具箱中的一個(gè)有趣的新東西。

“我們還沒(méi)有探索所有的影響--這是一件很難的事情，但是這個(gè)理論在實(shí)驗(yàn)上是可以被證偽的，這是一件好事，”P(pán)arhizkar說(shuō)?！叭绻鼪](méi)有被證偽，那么它就非常有趣，因?yàn)樗鉀Q了宇宙學(xué)常數(shù)問(wèn)題，同時(shí)描述了物理學(xué)的許多其他重要部分。我個(gè)人對(duì)此不抱希望--我認(rèn)為它實(shí)際上大得不真實(shí)?！?/p>