Ученые смогли воссоздать процесс сверхбыстрого расширения Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва, наблюдая за расширением самой холодной жидкости на Земле. Их выводы были представлены в журнале Physical Review X.
"Раскрытие секретов расширения Вселенной откроет дорогу для понимания ее сущности. Меня на самом деле очень удивило, как точно наши теоретические расчеты описывали то, что происходило в лаборатории. Мы даже не ожидали, что все пройдет настолько гладко", — заявила Гретчен Кэмпбелл (Gretchen Campbell) из Университета Мэриленда в Гейтерсбурге (США), чьи слова приводит Space.com.
Как сегодня предполагают космологи, материя распространена по Вселенной не равномерно, а в виде гигантской паутины — связанных друг с другом нитевидных скоплений видимой и темной материи, разделенных огромными космическими пустынями.
Эти пустоты и скопления материи считаются своеобразным отголоском "эха" Большого взрыва, так называемых барионных акустических осцилляций, распределивших материю неравномерно по стремительно расширяющейся Вселенной. Ученые давно пытаются понять, что породило эти колебания и как они менялись в первые мгновения существования мироздания.
Кэмпбелл и ее коллеги смогли воспроизвести этот процесс в лаборатории Университета Мэриленда, в одном из самых холодных мест на Земле, используя экзотическую форму материи, так называемый конденсат Бозе — Эйнштейна.
Он представляет собой необычную форму материи, похожую на газ и жидкость одновременно, которая ведет себя как один атом и обладает типичными атомными свойствами. Это позволяет легко манипулировать свойствами подобных искусственных "атомов" и использовать их как ячейки памяти квантовых компьютеров и в качестве аналогов многих причудливых физических объектов.
Для создания аналога материи Вселенной времен Большого взрыва ученые подготовили небольшое облачко конденсата Бозе — Эйнштейна из атомов натрия и закрутили своеобразный "бублик", используя набор лазеров, удерживавших его атомы на месте.
Сжав его при помощи тех же лазеров, физики отключили их и проследили за расширением данного набора атомов, который продолжал вести себя как один квантовый объект. Это, как объясняет Кэмпбелл, имитировало то, что материя Вселенной была изначально однородной и одинаковой по своим свойствам и только после появления "эха" Большого взрыва ее структура поменялась.
Как показал эксперимент, внутри расширяющегося кольца из атомов натрия возникали фактически те же колебания, а также зоны относительно высокой и низкой плотности, предсказывающиеся большинством современных космологических моделей.
Более того, оказалось, что внутри этого кольца возникали примерно такие же зоны турбулентности и очаги нестабильности, которые, как предполагают ученые, разогрели Вселенную до очень высоких температур после ее первоначального резкого охлаждения в результате сверхбыстрого расширения.
Аналогичные модели Большого взрыва, считает Кэмбпелл, можно использовать для быстрой проверки новых космологических теорий, предполагающих иные сценарии расширения Вселенной или поясняющих другие детали процесса ее рождения.