Какой была Вселенная сразу после Большого взрыва? Это один из нерешенных вопросов современной физики. И чтобы найти ответ, ученые провели эксперимент с использованием конденсата Бозе — Эйнштейна и звуковых волн.
Первые мгновения после рождения Вселенной окутаны тайной, отчасти потому, что мы не можем заглянуть достаточно далеко в прошлое, чтобы наблюдать, что происходило в эту древнюю эпоху. Ученые считают, что Вселенная должна была испытать огромное расширение сразу после Большого взрыва. Но вообще непонятно, как разворачивалась эта скорая инфляционная стадия.
Квантовый симулятор Вселенной
Команда физиков из Гейдельбергского университета в Германии создала своего рода крошечную Вселенную с помощью «квантового симулятора поля» из ультрахолодных атомов. Эксперимент смог смоделировать разные версии искривленного пространства-времени. Цель эксперимента заключалась в исследовании динамики, которая может походить на раннюю Вселенную при разных сценариях. Причем ученые имели возможность приостановить всю систему и проанализировать ее более тщательно — то, что с реальной Вселенной сделать невозможно.
Успех эксперимента свидетельствует о том, что подобные симуляторы предлагают возможность войти в неизведанные режимы в квантовой физике. Хотя ни один эксперимент не может создать условия, прямо сопоставимые с условиями ранней Вселенной, новое исследование изучает механизмы, которые могут быть в определенной степени аналогичны физике, управляющей пространством-временем и образованием частиц в моменты после Большого взрыва.
Детали эксперимента
Для эксперимента охладили около 20 тысяч атомов калия-39 до температур, чуть выше абсолютного нуля. В этой сверххолодной среде атомы образуют так называемый конденсат Бозе — Эйнштейна, помогающий моделировать экзотические физические явления, происходящие вокруг черных дыр или в ранней Вселенной. Симулятор помог настроить моделирование различных теорий космической инфляции, а также разных типов искажения пространства-времени, например, плоская, сферическая и гиперболическая модели. Роль света выполняли звуковые волны, пропускаемые через конденсат. Это позволило изучить странную физику каждой модели, которая может быть похожа на те, что возникли в ранней Вселенной.
Этот эксперимент совпал с теоретическими прогнозами для различных искажений во времени и пространстве. Хотя симулятор крошечной Вселенной не подтвердил и не опроверг никаких конкретных моделей ранней Вселенной, он доказал свою дееспособность для моделирования различных условий пространства-времени. Исследователи уже определили ряд фундаментальных вопросов квантовой физики, которые могут быть исследованы с помощью будущих и усовершенствованных версий созданного симулятора.
«Я бы не сказал, что мы близки к открытию секретов Большого взрыва. Но сотрудничество между теорией и экспериментами в поисках ответа очень мотивирует моделировать разные крошечные Вселенные для разгадки тайн», — подытожил Николас Либстер, физик-экспериментатор из Гейдельбергского университета.
Ранее мы сообщали о том, как суперкомпьютер смоделировал Вселенную от Большого взрыва до наших дней.
По материалам Nature
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
