我们生活的宇宙，只是全部现实的一半吗？

根据量子场论的预言，我们的宇宙应该有一个非常大的宇宙常数，会促使宇宙快速膨胀，使得邻近天体发出的光无法及时到达地球。但实际观测结果比量子场论预测的差120个数量级。如何解决这个冲突？有物理学家提出了一个新颖的模型:两个宇宙常数非常大的宇宙相互作用，整体可以得到一个非常小的宇宙常数。我们的宇宙，会是所有现实的一半吗？

在之前的推送中，我们谈到了宇宙常数几次大起大落的历史。如今，物理学家普遍接受爱因斯坦广义相对论的场方程中存在这一项，并试图用它来解释宇宙的加速膨胀，其现实对应就是著名的“暗能量”。暗能量的性质决定了宇宙未来的演化，但对于这种神秘的能量到底是什么，在物理学上如何描述，学术界并没有共识。

不过，这还不是最麻烦的问题。更让物理学家担心的是，量子场论独立给出了宇宙常数的预测值，而这个值与实际观测相差120个数量级，这在物理学上绝对是灾难性的结果。物理学家对这个“宇宙常数问题”提出了很多解决方案。最近，两位物理学家从双层石墨烯中获得灵感，给出了一个新颖的解释:两个宇宙常数非常大的宇宙，通过某种相互作用，可以整体显示出非常小的宇宙常数。如果这个解释成立，就意味着我们生活的宇宙只是整个世界的一半。

灾难的真空能量

在量子场论中，有一种能量可以起到暗能量的作用，这就是“真空能量”。量子物理不允许绝对的“虚无”。即使在看似空无一物的真空中，也会有能量的波动:大量虚粒子对迅速产生和湮灭，对真空能量有贡献。这种能量在宇宙中无处不在，也会促进宇宙的膨胀。

即使在真空中，也总有虚粒子成对地快速产生和湮灭。

事实上，量子物理与广义相对论所描绘的宇宙不相容并不是什么新鲜事。这两种理论与许多基本的物理问题相冲突。因此，一些物理学家将宇宙常数困难视为这种冲突的另一种体现，认为要解决这一问题，需要等待未来更完善的物理学。这些物理学家正在发展不同的量子引力理论。在新理论中，时空也会表现出量子效应，所以会像粒子一样波动。这种效应很可能会消除现有量子场论中巨大宇宙常数的影响。然而，量子引力理论的建立是一个庞大的工程，涉及物理学的方方面面。但目前物理学界仍处于探索阶段，没有公认的理论。

那么，除了寄希望于未来的新物理学之外，宇宙常数这个难题还有什么解决方法吗？在今年5月发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一项研究中，研究人员使用了一种新的宇宙模型来提供解决方案:如果两个宇宙像双层石墨烯一样相互作用，它们将在整体上表现出新的特征，包括一个大小合适的宇宙常数。

双宇宙模型

来自美国马里兰大学的Victor Galitsky和Alireza Parhizkar展示了这个新的宇宙模型，他们的灵感来自一个看似与宇宙学无关的领域——双石墨烯。

石墨烯是一种二维材料，其中碳原子以六边形晶格排列。如果两层石墨烯以一种特殊的方式堆叠在一起——比如两层石墨烯错开一个角度，或者两层石墨烯的晶格尺寸不同，就会产生一种干涉图案，这种干涉图案被称为“莫尔条纹”。这种干涉图案不仅改变了双层石墨烯的外观，还改变了材料的能带分布，从而改变了电子的行为。一些以特定角度交错堆叠的双层石墨烯会表现出单层石墨烯所不具备的超导性和铁磁性等性质，因此也被称为“魔角石墨烯”。

当两块带有条纹的板材以一定角度叠放时，会形成莫尔条纹。

Galitsky和Pariz Karl借用了描述双层石墨烯的物理模型，并将其修改为适用于宇宙学。在这个被称为“摩尔引力”的模型中，有两个独立完整的宇宙按照广义相对论的规律演化，但它们的一些物质场是共同的，这就是所谓的“两栖场”。这意味着一些费米子将在两个宇宙之间隧穿，就像双层石墨烯中的电子一样。在这个双宇宙模型中，每个宇宙都有一个非常大的宇宙常数，正如量子场论所预言的那样。但是在两个宇宙的相互作用下，整体上得到了一个非常小的宇宙常数，接近我们现实世界的观测值。也就是说，之所以实际观测与量子场论的预测相差如此之大，是因为我们错过了另一个宇宙的观测。

那么，模型中的另一个宇宙能否通过观测得到验证呢？研究人员表示，如果真的存在另一个宇宙，它应该会在我们宇宙的微波背景辐射上留下印记。然而，研究人员也补充说，他们并没有声称已经解决了宇宙常数问题——那就太自大了。他们希望双宇宙模型可以提供一个新的视角，并激励物理学家找到日常材料和真实宇宙之间的关系。

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