Физики создали аналог материи Вселенной времен Большого взрыв

Ученые смогли воссоздать процесс сверхбыстрого расширения Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва, наблюдая за расширением самой холодной жидкости на Земле.

"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).

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.