肯特州立大學的物理學家發布了有關宇宙大爆炸和夸克—膠子等離子體模型的精確解決方案,物理學與數學問題的答案有所不同,數學通常給出了精確的解,而物理學的精確解或者罕見、或者需要藉助數學模型的幫助。肯特州立大學物理學教授麥可·斯特裡克蘭解釋說,當某種物理事件呈現時,科學家獲得了對近似模型、或數學算法測試的機會,數學算法的應用在現代物理學領域取得了長足發展。
斯特裡克蘭和四位科學同事在《物理學評論通訊》雜誌發表了精確方法的研究成果,精確的數學模型被應用到極寬的物理學文本系列,它將幫助科學家更好地以數學模型來描述星繫結構、超新星暴和高能粒子碰撞,而高能粒子物理學已在位於瑞士的歐洲核子研究中心的大型強子對撞機實驗室得到深入研究,實驗科學家在碰撞實驗中創造了短期存在的極高溫態—夸克和膠子等離子體,物理學家將它稱之為QGP, 夸克和膠子等離子形態被認為在宇宙大爆炸之後幾微秒的時間「閃現」,物理學家普遍認為,宇宙在大約138億年之前以大膨脹方式開始了波瀾壯闊的演變進程。
斯特裡克蘭和加拿大麥吉爾大學的加布裡埃爾·S·丹尼科爾,俄亥俄州立大學的烏爾裡希·海因茨、毛利西奧·馬丁內斯,聖保羅大學的喬治·諾馬利亞提第一次提出了一份宇宙誕生的精確解決方案,他們的精確模型描述了宇宙空間的膨脹系統,宇宙暴漲展現了放射狀和徑向直線的相對論速度。1872年,奧地利物理學家路德維希·玻爾茲曼創立了一套數學方程的解決方案,模型算法很好地描述了流體和氣體動力學,玻爾茲曼方程在當時的物理時代處於領先地位,玻爾茲曼當時設想了,在原子形態的物質和原子系統的動力學領域,唯一得到的理解方式是分析粒子碰撞之後的檢測數據,粒子的相互碰撞過程隱藏了揭曉原子物理學的答案。
過去十年,科學家在設計夸克——膠子等離子體的精確模型方面開展了大量研究工作,他們將夸克——膠子體QGP設想為流體的形態,應用流體動力學理論來解決QGP的物理特徵。事實證明,流體動力學方程從玻爾茲曼方程推導,與流體動力學方程式不同,玻爾茲曼方程沒有局限在一種物理系統的情形,它被近似地看成為一種熱平衡狀態。兩種類型的膨脹發生在相對論重離子的碰撞過程,如果科學家希望真實地描述其中的動力學情形,他們必須考慮兩種類型的膨脹,精確模型解決方案包括了兩種類型的膨脹,哪一種流體動力學的理論框架最好?物理學家在理論和應用中尋找合適的答案。
(編譯:2014-12-22)