يتم محاكاة الكون المتوسع في قطرة كمومية

لسوء حظ مجال علم الكونيات ، هناك كون واحد فقط. هذا يجعل إجراء التجارب بنفس الطريقة مثل المجالات العلمية الأخرى تحديًا كبيرًا. لكن اتضح أن الكون والمجالات الكمومية التي تتخللها تشبه إلى حد كبير الموائع الكمومية مثل مكثفات بوز-آينشتاين (BECs) ، على الأقل من وجهة نظر رياضية. يمكن أن تكون هذه السوائل موضوع تجارب ، مما يسمح بدراسة علم الكونيات في المختبر.

في باقة ورقة نشرت في الطبيعة، استخدم الباحثون في جامعة هايدلبرغ في ألمانيا لأول مرة BEC لمحاكاة الكون المتوسع وبعض الحقول الكمومية بداخله. هذا يسمح بدراسة سيناريوهات كونية مهمة. لا يقتصر الأمر على تمدد الكون حاليًا ، ولكن يُعتقد أنه في الأجزاء الأولى من الثانية بعد الانفجار العظيم مر بفترة توسع سريع للغاية تُعرف باسم "التضخم". كانت هذه العملية قد وسعت التقلبات المجهرية للحقول الكمومية في الكون المبكر إلى حجم عناقيد المجرات ، مما أدى إلى زرع بنية الكون واسعة النطاق اليوم.

لدراسة هذا النموذج الكوني ، بدأ الباحثون بقطرة مسطحة من BEC تتكون من ذرات البوتاسيوم -39 في مصيدة بصرية. كان هذا هو الجزء "الكون" من جهاز المحاكاة ، وكان له انحناء مكاني مرتبط بمتوسط ​​كثافة BEC. تم لعب جزء المجال الكمي بواسطة الفونونات ، وهي حزم كمية من الطاقة الصوتية تتحرك عبر السائل. كانت هذه بمثابة نظائر للفوتونات والحقول الكمومية الأخرى المتقلبة في الكون الفعلي.

الاهتزازات الكمية

تم إنشاء الفونونات عن طريق إطلاق ليزر على BEC. عندما تم إيقاف تشغيل الليزر ، انتشر اهتزاز فونون عبر القطرة. تتبع الجسيمات الكمومية مسارات يحددها انحناء الزمكان الذي تتحرك فيه. ومن ثم ، من خلال دراسة مسار هذه الفونونات ، تمكن الباحثون من تأكيد أن الكون المحاكى له الانحناء المكاني الذي كانوا يهدفون إليه.

أخيرًا ، تم توسيع الفضاء بذكاء عن طريق ضبط قوة التفاعلات بين الذرات في BEC مع المجالات المغناطيسية. يؤدي تقليل قوة التفاعل أيضًا إلى تقليل سرعة الصوت ، مما يحقق نفس تأثير التوسع المقابل في الفضاء. الفكرة هي أنه في الفضاء الموسع ، تستغرق الإشارة وقتًا أطول لتقطع طولها. لذلك بدلاً من توسيع القطرة ماديًا ، يمكن للمرء أن ينتج نفس التأثير عن طريق إبطاء الإشارة.

تتفاعل الحقول الكمية والزمكان الديناميكي بطرق معقدة. إحدى السمات المثيرة للفضول بشكل خاص هي أن الفضاء المتسع يمكن أن ينتج جزيئات - وهو تأثير مشابه لخلق إشعاع هوكينغ بواسطة الثقوب السوداء. من خلال ضبط طول تشتت BEC ، جرب العلماء "زيادة" حجم كونهم الصغير بطرق مختلفة ، تتوافق مع التمدد المنتظم والمتسارع والمتباطئ.

بذر هيكل واسع النطاق

ما لاحظوه في الواقع يتوافق مع إنتاج الفونونات ، كما هو متوقع. نظرًا لتداخل هذه الفونونات مع بعضها البعض ، فقد أنتجت أنماطًا من تقلبات الكثافة العشوائية في BEC. ومن ثم فقد لاحظوا نفس الظاهرة التي تنبأ بها أن تكون مسؤولة عن نثر بنية واسعة النطاق في الكون المبكر.

على الرغم من أن الكون المحاكي يختلف اختلافًا كبيرًا عن كوننا - على سبيل المثال ، له بعدين مكانيين فقط وانحناء عام مختلف - قد تساعد هذه الأدوات البسيطة العلماء في حل المشكلات الصعبة في المستقبل.

تقترب الذرات شديدة البرودة من محاكاة الكون المبكر

"النماذج الكونية المبسطة بالفعل ، مثل تلك التي أخذناها في الاعتبار ، يمكن أن تحتوي على بعض الظواهر غير المفهومة جيدًا والموجودة في كوننا ،" يوضح هذا ماريوس سبارن، أحد المؤلفين المشاركين في الطبيعة الورق.

حتى تجربة إثبات المبدأ هذه احتوت على مفاجآت مثيرة للاهتمام. لم يتم إنتاج الفونونات فقط من خلال المنحدرات التوسعية ، ولكن خصائص التذبذبات الجماعية الخاصة بهم تعتمد على نوع المنحدر الذي تم إجراؤه. احتوت الفونونات على معلومات كشفت ما إذا كان التمدد ثابتًا أم متسارعًا أم متباطئًا. هذه الميزة المثيرة للاهتمام ، والتي يقول سبارن إنها لم تُفهم إلا من خلال التفاعل بين النظرية والتجربة ، توضح إمكانيات متابعة هذه الدراسات القائمة على المختبر.

على وجه الخصوص ، يأمل الباحثون في استخدام هذه الأدوات للنظر في اللحظات الأولى للكون والتحقيق في الفرضية القائلة بأن بنية الكون واسعة النطاق لها أصل كمي. مؤلف مشارك ستيفان فلويرشينغر يسأل "هل نظرية الكتاب المدرسي القياسية كاملة ، أم أن هناك طرقًا لإعادة النظر إلى الفترة التي سبقت التضخم من خلال التحقيق في التقلبات الكمية والارتباطات والتشابك بمزيد من التفصيل؟"

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/an-expanding-universe-is-simulated-in-a-quantum-droplet/