精确描述原宇宙的“玻尔兹曼方程”

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肯特州立大学的物理学家提出了一种有关宇宙大爆炸和夸克—胶子等离子体模型的精确性解决方案，通常而言，物理学与数学问题的答案有所不同，数学家习惯于给出了精确的解，而物理学家给出的精确解或者罕见，或者借助了数学物理模型的帮助。肯特州立大学的物理学教授迈克尔·斯特里克兰解释说，当某种物理事件发生时，科学家尽可能找到对近似模型或数学算法的测试机会，数学算法的应用在现代物理学领域取得了长足的进展。
斯特里克兰和他的4位科学同事在《物理学评论通讯》杂志发表了一项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范围，为科学家更好地应用数学模型对星系结构进行的描述提供了帮助。在超新星暴和高能粒子碰撞领域，欧洲核子研究中心已在瑞士和法国的交界处建立了大型强子对撞机实验室，高能粒子物理学得到了深入研究。



实验科学家在碰撞实验中创造了短期性的极高温态——夸克和胶子等离子体，物理学家称之为QGP, 夸克和胶子的等离子形态被认为是在宇宙大爆炸之后几微秒时间“闪现”的物质形态，宇宙物理学家普遍认为，在大约138亿年之前，宇宙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·诺马利亚提开展了合作研究。
科学团队第一次提出了一种宇宙诞生的精确解决方案，通过精确模型展现了宇宙空间的膨胀状态，宇宙暴涨表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·玻尔兹曼创建了一套数学方程的解决方案，他的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，他当时设想了在原子形态的物质和原子系统的动力学问题，唯一得到的理解方式是分析粒子在碰撞之后的检测数据，粒子相互碰撞的过程隐藏了原子物理学答案的线索。
过去十年，多个科学团队在设计夸克——胶子等离子体精确性模型领域展开了大量的研究工作，夸克——胶子体QGP被设想为流体形态，物理学家应用流体动力学理论来解决QGP的物理特征。事实证明，从玻尔兹曼方程推导了流体动力学方程，而玻尔兹曼方程与流体动力学方程式有不同之处，没有局限在一种物理系统，它被近似地看成是热平衡的状态。有两种类型的膨胀发生在相对论重离子碰撞的过程，科学家希望真实描述其中的动力学机制，在精确模型的解决方案中需要考虑两种类型的膨胀，哪一种流体动力学的理论模型最优？物理学家在理论和应用的两个层面找寻合适的答案。



（编译：2014-12-22）