Яким був Всесвіт одразу після Великого вибуху? Це одне з невирішених питань сучасної фізики. І щоб знайти на нього відповідь, вчені провели експеримент із використанням конденсату Бозе — Ейнштейна та звукових хвиль.
Перші миті після народження Всесвіту оповиті таємницею, частково тому, що ми не можемо зазирнути досить далеко у минуле, щоб спостерігати, що відбувалося в цю стародавню епоху. Вчені вважають, що Всесвіт мав зазнати величезного розширення одразу після Великого вибуху. Але взагалі незрозуміло, як розгорталася ця швидка інфляційна стадія.
Квантовий симулятор Всесвіту
Команда фізиків із Гейдельберзького університету в Німеччині створила свого роду крихітний Всесвіт за допомогою «квантового симулятора поля» з ультрахолодних атомів. Експеримент зміг змоделювати різні версії викривленого простору-часу. Мета експерименту полягала в дослідженні динаміки, яка може бути схожою на ранній Всесвіт за різних сценаріїв. Причому у вчених була можливість призупинити всю систему та проаналізувати її більш ретельно — те, що з реальним Всесвітом зробити неможливо.
Успіх експерименту свідчить про те, що подібні симулятори пропонують можливість увійти в незвідані режими у квантовій фізиці. Хоча жоден експеримент не може створити умови, прямо порівнювані з умовами раннього Всесвіту, нове дослідження вивчає механізми, які можуть бути певною мірою аналогічні фізиці, що керує простором-часом та утворенням частинок у моменти після Великого вибуху.
Деталі експерименту
Для експерименту охолодили близько 20 тисяч атомів калію-39 до температур, ледь вищих за абсолютний нуль. У цьому надхолодному середовищі атоми утворюють так званий конденсат Бозе — Ейнштейна, який допомагає моделювати екзотичні фізичні явища, що відбуваються навколо чорних дір або в ранньому Всесвіті. Симулятор допоміг налаштувати моделювання різних теорій космічної інфляції, а також різних типів викривлення простору-часу, наприклад, плоска, сферична та гіперболічна моделі. Роль світла виконували звукові хвилі, які пропускали через конденсат. Це дало змогу вивчити дивну фізику кожної моделі, яка може бути схожа на ті, що виникли в ранньому Всесвіті.
Загалом експеримент збігся з теоретичними прогнозами для різних викривлень у часі та просторі. Хоча симулятор крихітного Всесвіту не підтвердив та не спростував жодних конкретних моделей раннього Всесвіту, проте він довів свою дієздатність для моделювання різних умов простору-часу. Дослідники вже окреслили низку фундаментальних питань у квантовій фізиці, які можуть бути досліджені за допомогою майбутніх та вдосконалених версій створеного симулятора.
«Я б не вважав, що ми близькі до відкриття секретів Великого вибуху. Але співпраця між теорією та експериментами у пошуках відповіді — дуже мотивує моделювати різні крихітні Всесвіти для розгадки таємниць», — підсумував Ніколас Лібстер, фізик-експериментатор із Гейдельберзького університету.
Раніше ми повідомляли про те, як суперкомп’ютер змоделював Всесвіт від Великого вибуху до наших днів.
За матеріалами Nature
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Приєднуйтесь: https://t.me/ustmagazine
