被超新星氣泡包裹的脈沖星。（? ESA）
宇宙之中有許多現象是我們無法完全解釋，比如黑洞、爆炸的恒星以及旋轉的恒星殘骸等等等等。
為了更好的理解這些稀奇古怪的現象，科學家往往需要不斷地推進科學的邊界、科技的極限以及把一些看起來完全不相關的物理領域聯姻成一個更加強大的理論。
普林斯頓大學的等離子體物理實驗室（PPPL）的研究人員最近提出了一個新的方法來探索宇宙中最極端的環境，他們將物理學的三個分支合并在一起：高能物理學（描述以近光速傳播的帶電粒子），量子力學（描述亞原子粒子的運動），以及愛因斯坦的狹義相對論（描述以高速傳播的物質和光）。以前并沒有人這么嘗試過，其最大的原因是大多數的科學家都不愿跨界研究去了解別的領域的進展，因此不同領域之間也就不能夠產生更多的有效溝通。
而這個新理論就能夠允許科學家更好的研究神秘的星體——脈沖星。除此外，該理論更大的潛力是探究在地球上建造核聚變發電站的可能性。
宇宙中的燈塔
脈沖星，一個雙星系統。（? NASA）
當一個大質量恒星在演化晚期最終在自身引力的作用下坍縮，并在一場超新星爆發中結束自己的生命時，爆發過后殘留下來的是一顆致密的內核，由于壓力過大，內核物質中的電子被擠壓并和質子相結合形成中子，這就是所謂的中子星。
如果中子星被磁化，強大的磁場會加速帶電粒子，并以束流的方式向宇宙中高速噴射。當中子星高速旋轉時，它兩端的兩束噴流就好像是宇宙中的燈塔信號一樣，并且極具周期性。因此，科學家都把這樣的天體稱作脈沖星。
科學家想要知道磁場的強度，以及圍繞著脈沖星周圍等離子體（由電子和離子組成的熾熱云）的密度。脈沖星的等離子密度可以比像太陽之類的恒星的高出幾百萬倍。而其磁場也要比地球的磁場強出數十億倍。
科學家利用望遠鏡來觀測這些星體的奇異行為。其中一個方法就是通過分析來自它們的光譜。在磁氣圈（圍繞著著脈沖星被磁化的大氣層）四處亂蹦的粒子可以吸收光波，因此在光譜上會看到吸收峰。但問題是，如何正確的理解這些吸收峰？通過狹義相對論和高能物理，研究人員可以找出這些吸收的原因以及計算出磁氣圈中的密度和場強。
在研究的過程中，科學家需要用到高能物理、凝聚態物理和等離子體物理的技巧。在高能物理中，科學家利用量子場論來描述粒子間的相互作用。在凝聚態物理中，科學家使用量子力學來描述粒子的狀態。而等離子體物理則解釋了上百萬粒子集體運動。新的方法使科學家能夠研究脈沖星的許多細節。通過理解粒子傳播背后的相互作用，他們能夠知道等離子體的成分。
為核聚變發電提供可能
一個新理論最令人驚奇的地方往往是發現它在我們生活之中能夠有所應用，而這個新理論就能夠幫助我們進一步的理解核聚變——通過將輕原子聚變在一起產生能量。太陽以及其它恒星之所以能夠產生巨大的能量都是因為在其核心正在發生的核聚變。
一個世紀以來，科學家都在嘗試如何把核聚變應用在能源的問題上。通過在地球上重新建構，這相當于在地球上安置一顆人造恒星，它能夠提供無限的清潔以及可再生能源。徹底解決地球上的能源問題！
在聚變的實驗中，科學家模擬在中子星上的環境將物體擠壓至極高的密度。這會產生非常強的磁場，比普通的磁鐵要強出幾百萬倍。當科學家里這樣的目標越來越近的時候，他們發現了一些奇怪并且無法解釋的現象。而這需要物理學上的三個分支結合起來才能夠理解。
新的方法可以用來找出由慣性約束聚變實驗產生的等離子體密度和磁場強度，該實驗通過利用激光來汽化一個包含等離子體燃料的靶丸。這些等離子體通過向心爆聚被壓縮到高溫、高密度狀態，從而發生核聚變反應。
研究人員向知道在這個過程中產生的等離子體的正確密度、溫度和場強。用單獨的物理理論計算的答案會相互不吻合。這是因為等離子體會產生量子效應，磁場強度會產生相對論效應。而這個理論的優勢就在于將三個不同的物理世界結合到一起。
最令人興奮的是在不同的物理分支上架構一道橋梁而形成一個新的理論，新的理論在解釋真實世界中通常更具威力，它能夠解釋在一些極端的環境下任何單一的分支都無法解釋的現象。
參考文獻：
【1】Yuan Shi, Nathaniel J. Fisch, and Hong Qin Effective-action approach to wave propagation in scalar QED plasmas, Phys. Rev. A 94, 012124 – Published 29 July 2016. DOI: 10.1103/PhysRevA.94.012124
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