Искривленное пространство-время смоделировали в лаборатории

В эксперименте Гейдельбергского университета удалось реализовать эффект пространство-время. В исследованиях ультрахолодных квантовых газов смоделировали семейство вселенных, чтобы изучить космологические сценарии и сравнить с предсказаниями теоретической модели квантового поля.

Согласно теории относительности Эйнштейна, пространство и время неразрывно связаны. В нашей Вселенной, кривизна которой едва измерима, структура этого пространства-времени фиксирована. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

«Возникновение пространства и времени в космических масштабах с Большого взрыва до сегодняшнего дня стало предметом исследований, которые основаны только на наблюдении нашей единой Вселенной. Расширение и кривизна пространства фундаментальны для космологических моделей. В плоском пространстве, таком как наша нынешняя Вселенная, кратчайшее расстояние между двумя точками - прямая линия. Однако, возможно, что наша Вселенная оказалась искривлена в ранней фазе. Поэтому изучение последствий искривленного пространства-времени насущный вопрос в исследованиях», — говорит профессор доктор Маркус Оберталер, исследователь из Института физики Кирхгофа в Гейдельбергском университете. С исследовательской группой «Синтетические квантовые системы» он разработал для этой цели квантовый полевой симулятор.

Квантовый полевой симулятор, созданный в лаборатории, состоит из облака атомов калия, охлажденных до нескольких нанокельвинов выше абсолютного нуля. Это производит конденсат Бозе-Эйнштейна - особое квантовомеханическое состояние атомного газа, которое достигается при сверх низких температурах. Профессор Оберталер объясняет, что конденсат Бозе-Эйнштейна идеальный фон, на котором становятся видимыми мельчайшие возбуждения, т.е. изменения энергетического состояния атомов. Фигура атомного облака определяет размерность и свойства пространства-времени, на котором эти возбуждения движутся как волны. В нашей Вселенной три измерения пространства, а также четвертое: время. В эксперименте, проведенном гейдельбергскими физиками, атомы попадают в ловушку в тонкого слоя. Поэтому возбуждения распространяются только в двух пространственных направлениях — пространство двумерно. В то же время атомное облако в оставшихся двух измерениях формируется любым способом, благодаря чему также реализуется искривленное пространство-время. Взаимодействие между атомами отрегулировано магнитным полем, изменяя скорость распространения волнообразных возбуждений на конденсате Бозе-Эйнштейна.

«Для волн на конденсате скорость распространения зависит от плотности и взаимодействия атомов. Это создаёт условия, подобные тем, которые в наличии у расширяющейся Вселенной», — объясняет профессор др Штефан Флёрхингер. Исследователь, который работал в Гейдельбергском университете и присоединился к Йенскому университету в начале этого года, разработал теоретическую модель квантового поля, используемую для количественного сравнения экспериментальных результатов.

Работа проводилась в рамках Центра совместных исследований 1225 «Изолированные квантовые системы и универсальность в экстремальных условиях» (ISOQUANT) Гейдельбергского университета.

0 комментариев