三位科學家因其研究宇宙大尺度結構的新方法而贏得了 10 萬美元，宇宙大尺度結構是縱橫交錯的物質的巨大卷鬚，隱藏著宇宙基本力的證據。
米哈伊爾·伊万諾夫，麻省理工學院的，奧利弗·菲爾考克斯，哥倫比亞大學和西蒙斯基金會，以及馬爾科·西蒙諾維奇佛羅倫薩大學的弗洛倫斯大學教授因“對我們理解宇宙大尺度結構以及開發從星系調查中提取基礎物理的新工具做出的貢獻”而獲得物理學新視野獎。
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宇宙對撞機內部
根據宇宙學的標準模型，宇宙是在，當年輕的宇宙充滿了物質和粒子的粒子時，它們突然出現只是為了在接觸時互相消滅。宇宙的大部分組成部分都以這種方式消失了。如果他們完全這樣做了，就不會形成任何星系、恆星或行星。
然而，宇宙卻因快速膨脹的宇宙結構中的微小擾動而得以拯救。，這使得一些等離子體得以倖存。當年輕宇宙中翻滾的粒子-反粒子湯膨脹時，它的熔融細絲向外移動，形成相互連接的肥皂泡沫結構，薄膜周圍有無數的、大部分是空的空隙。
今天，宇宙以最早的粒子相互作用的地圖的形式存在，它們沿著巨大的宇宙網的鍊和結構（今天是像我們這樣的星系的誕生地）被及時凍結。這張網的形狀暗示著塑造它的神秘而原始的力量。
“如果你想像採取奧利弗·菲爾考克斯（Oliver Philcox）告訴《生活科學》雜誌，“在歐洲核子研究中心（CERN）將其放大一萬億或一萬億萬億倍，這就是早期宇宙中實際運行的粒子對撞機。”“任何奇怪的事情發生，都會影響物質的分佈。”
探測大爆炸後物質的位置可以揭示隨後暴脹期間發生的早期粒子相互作用，當時宇宙在短短幾分之一秒內呈指數級快速膨脹。菲爾科克斯說，如果我們將星系視為這些最早時刻的石化遺跡，我們就可以在超早期宇宙中尋找粒子物理學的線索。
“所以它有時被稱為‘宇宙對撞機’——就像整個宇宙規模的粒子對撞機，”菲爾科克斯補充道。
直到最近，由於理論和實驗的限制，物理學家研究宇宙如何演化的主要焦點是宇宙微波背景（CMB）——大爆炸的剩餘輻射，以二維圖像的形式存在，燃燒到天空的每個角落。這可以用一個簡單的定理來解釋，該定理只包括線性項，稱為宇宙微擾理論。
然而，繪製宇宙宇宙網的能力不斷增強，並且渴望了解神秘現象，例如和（這兩者都無法用當前的宇宙學來解釋）促使物理學家直接觀察網絡的大規模結構。
繪製宇宙颶風的點圖
然而，對這些巨大結構進行天文製圖是很困難的。星係是由宇宙膨脹和物質塌縮所塑造的複雜天體物理過程產生的。
例如，當大型結構彼此靠近時，諸如維里化（當引力物體螺旋進入穩定軌道時）等非線性效應就會出現。當它們距離很遠時，宇宙膨脹的相對論效應會扭曲時空，也會擾亂線性方程。
“一個很好的類比可以是水波。如果我們的宇宙是一片海洋，那麼宇宙微波背景波動就是其表面的微小漣漪。那麼星係就可以是海嘯或颶風，”米哈伊爾·伊万諾夫告訴《生活科學》雜誌。 “水波紋可以很容易地用幾個世紀前發展起來的基本流體動力學來描述。這本質上是宇宙學微擾理論。颶風不可能用筆和紙來描述，我們可以對其進行一些昂貴的計算機模擬，但它們具有高度的不確定性。”
為了克服這些數學難題，研究人員一直在為大規模結構提出一種稱為有效場論（EFT）的理論，並構建了幾種統計工具來幫助他們分析星系如何相互作用。
由於描述早期宇宙的線性方程在宇宙尺度的兩端都崩潰了，EFT 通過將星系簡化為點來平滑圖像，並以適當的距離查看它們在宇宙中的位置，使我們對重力的兩種最佳描述（牛頓力學和廣義相對論）只需進行微小的調整即可適用。
研究 EFT 的理論家將其與觀看點畫派繪畫進行了比較：設定我們觀察宇宙的數量級，我們就可以清楚地看到它——對於小規模的混亂來說，距離太近，對於相對論扭曲來說，也不能太遠。
這為物理學家提供了一個強大的新工具來觀察宇宙，使他們能夠對宇宙的最早起源做出可檢驗的預測。
“這些新想法可以為未來的星系調查產生新的科學案例，”馬爾科·西蒙諾維奇告訴《生活科學》。 “隨著新數據在未來幾年開始到來，看到我們能夠了解我們已經知道的宇宙之外的東西，以及一路上有什麼驚喜在等待著我們，這肯定會非常令人興奮。”
