Vesolje v škatli

V laboratorijskem eksperimentu Heidelberške univerze je raziskovalcem in raziskovalkam s preučevanjem ultrahladnih atomov uspelo simulirati prilagodljiv prostor-čas in s tem celotno družino ukrivljenih vesolj. Z laboratorijskim ukrivljanjem prostora-časa lahko bolje razumemo spreminjanje kozmoloških procesov, ko je vesolje prijokalo na svet.

Po večini kozmoloških modelov se je vesolje začelo z zelo hitrim razširjanjem. Inflacija, kot temu pravimo, je kasneje ojačala kvantno-mehanske fluktuacije. Da bi slednje lahko bolje razložili ter pojasnili kozmološka vprašanja, moramo dobro razumeti teorijo kvantnih polj v standardnem modelu ter obnašanje temne snovi v ukrivljenem prostoru-času. Ker je naše vesolje precej ravno, nam opazovanje tega pri raziskovanju kozmologije ne pomaga preveč.

Raziskovalni skupini je s pomočjo Bose-Einsteinovega kondenzata uspelo doseči ukrivljen prostor-čas. Z različno izbiro porazdelitve gostote atomov po prostoru, ki so jo uravnavali z laserji, spremenijo ukrivljenost prostora, medtem ko časovno komponento spremenijo s prilagajanjem medatomskih interakcij. Skupini je uspelo pridobiti metriko oziroma opis prostora-časa, ki ustreza tako imenovani FLRW-metriki. Ta opisuje kozmološki razvoj vesolja, na njej pa opazujejo spremembe eksitacije polja in atomov, ki jih povzroči premikanje valovnega paketa zunanjega fotona.

V poskusu je raziskovalna skupina uporabila dvodimenzionalen kondenzat kalijevega izotopa devetintrideset. Triindvajset tisoč atomov kalija devetintrideset so razporedili v dvodimenzionalno mrežo pri nizkem zunanjem magnetnem polju. Mrežo so nato s spreminjanjem magnetnega polja dvignili in spravili v lebdenje, porazdelitveno gostoto atomov pa so izmerili z opazovanjem sipalnega cikla blizu tako imenovane Feshbachove frekvence, pri kateri ultrahladni atomi resonirajo. Opazovanje valovnega paketa fotona iz laserja, ki potuje po najkrajši geometrijski poti, so uspeli simulirati na mikrometer natančno.

Kozmološka teorija in nastanek vesolja seveda potekata na nepredstavljivo velikih skalah, v laboratoriju pa dobesedno v sobi velikosti garaže. Prav tako je abstraktni prostor-čas težko meriti le z ravnilom in štoparico, zato je simulacija zgodnjega vesolja v laboratoriju pomemben dosežek in velik korak k razumevanju nastanka in razvoja našega vesolja.

Vesolje v škatli simulira Filip.

Vir slike

https://pixabay.com/photos/constellations-galaxy-stars-sky-2609647/