एक विस्तारित ब्रह्मांड एक क्वांटम छोटी बूंद में सिम्युलेटेड है

दुर्भाग्य से ब्रह्माण्ड विज्ञान के क्षेत्र में केवल एक ही ब्रह्माण्ड है। इससे अन्य वैज्ञानिक क्षेत्रों की तरह ही प्रयोग करना काफी चुनौतीपूर्ण हो जाता है। लेकिन यह पता चला है कि ब्रह्मांड और इसमें व्याप्त क्वांटम क्षेत्र बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट्स (बीईसी) जैसे क्वांटम तरल पदार्थों के समान हैं, कम से कम गणितीय दृष्टिकोण से। ये तरल पदार्थ प्रयोगों का विषय हो सकते हैं, जिससे प्रयोगशाला में ब्रह्मांड विज्ञान का अध्ययन किया जा सकता है।

में काग़ज़ में प्रकाशित प्रकृतिजर्मनी में हीडलबर्ग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने पहली बार एक विस्तारित ब्रह्मांड और उसके भीतर कुछ क्वांटम क्षेत्रों का अनुकरण करने के लिए बीईसी का उपयोग किया है। यह महत्वपूर्ण ब्रह्माण्ड संबंधी परिदृश्यों के अध्ययन की अनुमति देता है। वर्तमान में न केवल ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, बल्कि यह माना जाता है कि बिग बैंग के बाद एक सेकंड के पहले अंश में यह अत्यंत तीव्र विस्तार की अवधि से गुजरा जिसे "मुद्रास्फीति" के रूप में जाना जाता है। इस प्रक्रिया ने प्रारंभिक ब्रह्मांड में क्वांटम क्षेत्रों के सूक्ष्म उतार-चढ़ाव को आकाशगंगा समूहों के आकार तक विस्तारित किया होगा, जिससे आज हमारे ब्रह्मांड की बड़े पैमाने पर संरचना तैयार होगी।

इस ब्रह्माण्ड संबंधी मॉडल का अध्ययन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक ऑप्टिकल जाल में पोटेशियम -39 परमाणुओं से बनी बीईसी की एक सपाट बूंद से शुरुआत की। यह सिम्युलेटर का "ब्रह्मांड" हिस्सा था, और इसमें एक स्थानिक वक्रता थी जो बीईसी के औसत घनत्व से संबंधित थी। क्वांटम क्षेत्र का हिस्सा फोनन द्वारा बजाया गया, जो तरल पदार्थ के माध्यम से चलने वाली ध्वनि ऊर्जा के परिमाणित पैकेट थे। ये वास्तविक ब्रह्मांड में उतार-चढ़ाव वाले फोटॉन और अन्य क्वांटम क्षेत्रों के अनुरूप के रूप में कार्य करते हैं।

परिमाणित कंपन

बीईसी पर लेजर फायर करके फोनन बनाए गए थे। जब लेज़र बंद किया गया, तो एक फ़ोनन कंपन बूंद के माध्यम से फैल गया। क्वांटम कण अंतरिक्ष-समय की वक्रता द्वारा निर्धारित प्रक्षेप पथ का अनुसरण करते हैं जिसमें वे चलते हैं। इसलिए, इन फ़ोनों के प्रक्षेप पथ का अध्ययन करके, शोधकर्ता यह पुष्टि करने में सक्षम थे कि अनुरूपित ब्रह्मांड में स्थानिक वक्रता थी जिसका वे लक्ष्य बना रहे थे।

अंत में, चुंबकीय क्षेत्र के साथ बीईसी में परमाणुओं के बीच बातचीत की ताकत को समायोजित करके अंतरिक्ष के विस्तार को चतुराई से स्थापित किया गया था। अंतःक्रिया शक्ति कम होने से ध्वनि की गति भी कम हो जाती है, जो अंतरिक्ष के संगत विस्तार के समान प्रभाव प्राप्त करती है। विचार यह है कि विस्तारित स्थान में, सिग्नल को उसकी लंबाई पार करने में अधिक समय लगता है। इसलिए बूंद को भौतिक रूप से विस्तारित करने के बजाय, कोई सिग्नल को धीमा करके समान प्रभाव उत्पन्न कर सकता है।

क्वांटम फ़ील्ड और एक गतिशील स्पेसटाइम जटिल तरीकों से बातचीत करते हैं। एक विशेष रूप से दिलचस्प विशेषता यह है कि एक विस्तारित स्थान कणों का उत्पादन कर सकता है - ब्लैक होल द्वारा हॉकिंग विकिरण के निर्माण के समान प्रभाव। बीईसी की प्रकीर्णन लंबाई को समायोजित करके, वैज्ञानिकों ने अपने लघु ब्रह्मांड के आकार को अलग-अलग तरीकों से "रैंपिंग" करने का प्रयोग किया, जो कि समान, त्वरित और धीमे विस्तार के अनुरूप है।

बड़े पैमाने पर संरचना का बीजारोपण

उन्होंने जो देखा वह वास्तव में उम्मीद के मुताबिक फोनन के उत्पादन के अनुरूप था। जैसे ही ये फ़ोनन एक-दूसरे के साथ हस्तक्षेप करते थे, उन्होंने बीईसी में यादृच्छिक घनत्व में उतार-चढ़ाव के पैटर्न उत्पन्न किए। इस प्रकार उन्होंने उसी घटना को देखा जिसके बारे में अनुमान लगाया गया था कि यह प्रारंभिक ब्रह्मांड में बड़े पैमाने पर संरचना के बीजारोपण के लिए जिम्मेदार है।

भले ही सिम्युलेटेड ब्रह्मांड हमारे ब्रह्मांड से बहुत अलग है - उदाहरण के लिए, इसमें केवल दो स्थानिक आयाम और एक अलग समग्र वक्रता है - ये सरल उपकरण वैज्ञानिकों को भविष्य में कठिन समस्याओं को हल करने में मदद कर सकते हैं।

अल्ट्राकोल्ड परमाणु प्रारंभिक ब्रह्मांड का अनुकरण करने के करीब पहुंचते हैं

"पहले से ही सरलीकृत ब्रह्माण्ड संबंधी मॉडल, जैसा कि हमने माना, में हमारे ब्रह्मांड में मौजूद कुछ अच्छी तरह से समझी न जाने वाली घटनाएं शामिल हो सकती हैं," बताते हैं मारियस स्पार्नके सह-लेखकों में से एक प्रकृति कागज।

यहां तक ​​कि सिद्धांत-प्रमाण के इस प्रयोग में भी दिलचस्प आश्चर्य था। विस्तारवादी रैंपों द्वारा न केवल फोनन का उत्पादन किया गया, बल्कि उनके सामूहिक दोलनों की विशेषताएं प्रदर्शन किए गए रैंप के प्रकार पर निर्भर करती थीं। फ़ोनों में ऐसी जानकारी थी जिससे पता चलता था कि विस्तार स्थिर था, तेज़ हो रहा था या कम हो रहा था। यह दिलचस्प विशेषता, जिसके बारे में स्पार्न का कहना है कि केवल सिद्धांत और प्रयोग के बीच परस्पर क्रिया के माध्यम से समझा जा सका, इन प्रयोगशाला-आधारित अध्ययनों को आगे बढ़ाने की संभावनाओं को प्रदर्शित करता है।

विशेष रूप से, शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि इन उपकरणों का उपयोग ब्रह्मांड के शुरुआती क्षणों को देखने और इस परिकल्पना की जांच करने के लिए किया जाएगा कि ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचना की उत्पत्ति क्वांटम है। सह-लेखक स्टीफ़न फ़्लॉर्चिंगर पूछता है, "क्या मानक पाठ्यपुस्तक सिद्धांत पूर्ण है, या क्या क्वांटम उतार-चढ़ाव, सहसंबंध और उलझाव की अधिक विस्तार से जांच करके मुद्रास्फीति से पहले की अवधि को देखने का कोई तरीका है?"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/an-expanding-universe-is-simulated-in-a-quantum-droplet/