​“玻尔兹曼方程”精确描述宇宙原初状态

“玻尔兹曼方程”精确描述宇宙原初状态

肯特州立大学的物理学家发布了有关宇宙大爆炸和夸克—胶子等离子体模型的精确解决方案，物理学与数学问题的答案有所不同，数学通常给出了精确的解，而物理学的精确解或者罕见、或者需要借助数学模型的帮助。肯特州立大学物理学教授迈克尔·斯特里克兰解释说，当某种物理事件呈现时，科学家获得了对近似模型、或数学算法测试的机会，数学算法的应用在现代物理学领域取得了长足发展。

斯特里克兰和四位科学同事在《物理学评论通讯》杂志发表了精确方法的研究成果，精确的数学模型被应用到极宽的物理学文本系列，它将帮助科学家更好地以数学模型来描述星系结构、超新星暴和高能粒子碰撞，而高能粒子物理学已在位于瑞士的欧洲核子研究中心的大型强子对撞机实验室得到深入研究，实验科学家在碰撞实验中创造了短期存在的极高温态—夸克和胶子等离子体，物理学家将它称之为QGP, 夸克和胶子等离子形态被认为在宇宙大爆炸之后几微秒的时间“闪现”，物理学家普遍认为，宇宙在大约138亿年之前以大膨胀方式开始了波澜壮阔的演变进程。

斯特里克兰和加拿大麦吉尔大学的加布里埃尔·S·丹尼科尔，俄亥俄州立大学的乌尔里希·海因茨、毛利西奥·马丁内斯，圣保罗大学的乔治·诺马利亚提第一次提出了一份宇宙诞生的精确解决方案，他们的精确模型描述了宇宙空间的膨胀系统，宇宙暴涨展现了放射状和径向直线的相对论速度。1872年，奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼创立了一套数学方程的解决方案，模型算法很好地描述了流体和气体动力学，玻尔兹曼方程在当时的物理时代处于领先地位，玻尔兹曼当时设想了，在原子形态的物质和原子系统的动力学领域，唯一得到的理解方式是分析粒子碰撞之后的检测数据，粒子的相互碰撞过程隐藏了揭晓原子物理学的答案。

过去十年，科学家在设计夸克——胶子等离子体的精确模型方面开展了大量研究工作，他们将夸克——胶子体QGP设想为流体的形态，应用流体动力学理论来解决QGP的物理特征。事实证明，流体动力学方程从玻尔兹曼方程推导，与流体动力学方程式不同，玻尔兹曼方程没有局限在一种物理系统的情形，它被近似地看成为一种热平衡状态。两种类型的膨胀发生在相对论重离子的碰撞过程，如果科学家希望真实地描述其中的动力学情形，他们必须考虑两种类型的膨胀，精确模型解决方案包括了两种类型的膨胀，哪一种流体动力学的理论框架最好？物理学家在理论和应用中寻找合适的答案。

（编译：2014-12-22）