Refacerea Universului –
Nu putem experimenta cu Universul, dar putem face ceva care să funcționeze ca el.
Mărește / Unde de densitate într-un condensat Bose-Einstein.
În subsolul Kirchhoff-Institut für Physik din Germania, cercetătorii au simulat Universul așa cum ar fi putut exista la scurt timp după Big Bang. Ei au creat o simulare de câmp cuantică de masă care implică utilizarea magneților și laserelor pentru a controla o probă de atomi de potasiu-39 care este ținută aproape de zero absolut. Apoi folosesc ecuații pentru a traduce rezultatele la această scară mică pentru a explora posibilele caracteristici ale Universului timpuriu.
Lucrările efectuate până acum arată că este posibil să se simuleze un Univers cu o curbură diferită. Într-un univers curbat pozitiv, dacă călătoriți în orice direcție într-o linie dreaptă, veți reveni de unde ați început. Într-un univers curbat negativ, spațiul este îndoit într-o formă de șa. Universul este în prezent plat sau aproape plat, potrivit lui Marius Sparn, doctorand la Kirchhoff-Institut für Physik. Dar la începutul existenței sale, s-ar putea să fi fost mai curbat pozitiv sau negativ.
În jurul curbei
„Dacă ai o sferă care este cu adevărat uriașă, cum ar fi Pământul sau așa ceva, dacă vezi doar o mică parte din ea, nu știi – este închisă sau este infinit deschisă?” a spus Sabine Hossenfelder, membru al Centrului de Filosofie Matematică din München. „Devine o întrebare filozofică, într-adevăr. Singurele lucruri pe care le știm provin din partea Universului pe care o observăm. În mod normal, modul în care oamenii o formulează este că, din câte știm, curbura din această parte a Universului este compatibilă cu zero.”
Sparn a fost unul dintre autorii unei lucrări de cercetare, „Simulator de câmp cuantic pentru dinamică în spațiu-timp curbat”, care a fost publicat în Nature în noiembrie 2022. El a colaborat cu oameni de știință din Belgia, Spania și Germania. Echipa a studiat trei scenarii posibile pentru expansiunea timpurie a Universului – constantă, accelerată și încetinită.
Experimentul de pe masă a implicat punerea potasiului-39 într-o celulă de sticlă între un set de bobine magnetice mari deasupra și dedesubt, a spus Sparn. Aceste bobine magnetice, împreună cu unele lasere, au fost folosite pentru a controla comportamentul probei. Atomii au fost prinși într-un strat subțire care poate fi considerat bidimensional, conform a declarație de presă de la Universitatea Heidelberg.
Când este răcit la o temperatură de 40 până la 60 de nanokelvin, a spus Sparn, potasiul-39 intră într-o stare mecanică cuantică care este cunoscută sub numele de condensat Bose-Einstein. Condensații Bose-Einstein funcționează ca o singură megaparticulă, conform lui Ramon Szmuk, manager de produs la Quantum Machines.
„Condensul nostru Bose-Einstein este un obiect care este complet guvernat de mecanica cuantică, deoarece lucrăm la temperaturi foarte, foarte scăzute”, a spus Sparn. „Echipa caută atunci mici perturbări ale [the] condens. Așa că vă puteți imagina ca mici ondulații ale fluctuațiilor de densitate. Acestea sunt guvernate de mecanica cuantică.”
„O singură rulare a experimentului nostru se termină cu o fotografie, evident”, a spus Sparn. „Așa că strălucim în lumină care rezonează cu o tranziție atomică a potasiului-39 și luăm imagini de absorbție ale norului. Și în acest proces, de obicei ne distrugem condensul. Vedem mai puțină lumină acolo unde au existat atomi. Din asta putem extrage densitatea atomilor. Deci rezultatul nostru final este întotdeauna o imagine a distribuției densității atomilor noștri. Și de acolo, putem face analize statistice pentru a obține mai multe informații despre rezultate.”
Universuri alternative
Oamenii de știință au combinat ecuații pentru Univers și ecuații pentru condensatul Bose-Einstein pentru a trage concluzii despre modul în care s-ar fi putut comporta Universul timpuriu.
Sparn a spus că echipa a simulat curbura pozitivă prin creșterea densității potasiului-39 care iese din centrul configurației experimentale. Ei au simulat curbura negativă prin scăderea acesteia.
„Am arătat că este posibil să simulăm spațio-timp curbat și în expansiune într-un condensat Bose-Einstein”, a spus Sparn. „Aceasta este ceea ce aveți nevoie pentru un univers omogen și izotrop, care ar trebui să fie o presupunere corectă la scară largă.”
În ultimii ani, oamenii de știință au folosit sisteme atomice cuantice pentru a găsi analogii cu sistemele complexe din cosmos, a spus Szmuk. Aceasta face legătura între fizica atomică și astrofizica.
Natura, 2023. DOI: 10.1038/s41586-022-05313-9
Kat Friedrich este un fost inginer mecanic care a început ca specializare în matematică aplicată, inginerie și fizică la Universitatea din Wisconsin-Madison. Ea a absolvit o diplomă de licență axată pe știință și jurnalism de mediu și a editat șapte publicații de știri, dintre care două a fost co-fondatoare. Ea este redactor-șef al revistei de energie Solar Today.
Comentarii recente