Mokslo ir technologijų pasaulis

Erdvėlaikio analogijomis yra vadinama sparčiai besivystanti fizikos sritis, kurios išskirtinė savybė – sistemų, turinčių matematinių sąsajų su bendrąja reliatyvumo teorija, nagrinėjimas ir ankstyvojo Visatos elgesio teorijų tikrinimas. Viename iš naujausių savo darbų mokslininkai panaudoja erdvėlaikio analogijas, kad sumodeliuotų teorijos, aprašančios laiko pabaigą, evoliuciją. Pastaroji yra vadinama Didžiuoju griuvimu (angl. Big Crunch) ir pagal šį modelį neaprėpiamo dydžio Visata galiausiai susitrauks į juodąją skylę.

Geras erdvėlaikio analogijos pavyzdys yra šviesos elgesys elektromagnetinėje erdvėje, kuris matematiniu požiūriu yra analogiškas šios elgesiui erdvėlaikyje. Naujausi pasiekimai leidžia tyrėjams panaudoti metamedžiagas elektromagnetinės erdvės modeliavimui: kitaip tariant, sukurti elektromagnetines daugialypės Visatos, kvantinės jūros ir Didžiojo sprogimo analogijas.

Visai neseniai Merilendo universitete (JAV) besisvečiuojantis Igoris Smolianinovas (Igor Smolyaninov) kartu su kolegomis sugalvojo eksperimentą, kurio metu metamedžiagos panaudojamos sumodeliuoti vyksmą, aprašantį laiko pabaigą.

Metamedžiagas galima priversti elgtis taip, tarsi šios atitiktų įvairias analogijas, pavyzdžiui, sistemas, aprašomas dviem erdvės ir viena laiko dimensijomis, arba viena erdvės ir dviem laiko dimensijomis. Šių eksperimentų metu I. Smolianinovas kartu su kolegomis panaudojo metamedžiagą, sudarytą iš polimetilo metakrilato juostelių, išdėstytų ant aukso plėvelės.

Lazerio spinduliuotė, sklindanti metamedžiaga, yra aprašoma matematinėmis lygtimis, kurios aprašo ir erdvę bei laiką. Nors aukso plėvelėje fotonų – elektronų bangų (plazmonų) judėjimas atitiko lygtis, nusakančias Visatą, turinčią dvi erdvės ir vieną laiko dimensijas, metamedžiagoje jos atitiko lygtis, aprašančias vienos erdvės ir dviejų laiko dimensijų Visatą. „Laiko pabaigos“ eksperimento metu fotonai tapo itin „karšti“ – staiga išaugo jų energija ir dažnis, kitaip tariant, pasireiškė aukštesnių harmonikų generavimas.

I. Smolianinovas išnagrinėjo, kas nutinka, kuomet metamedžiaga yra patalpinama įvairiomis kryptimis aukso plėvelės atžvilgiu. Paaiškėjo, jog jeigu metamedžiaga orientuojama taip, kad erdvės dimensija būtų statmena laiko dimensijai, laikas sustoja, o tai reiškia, kad gaunamas „laiko pabaigos“ modelis.

Kai metamedžiagos pakraštys buvo statmenas erdviškajai krypčiai, mokslininkai stebėjo Rindlerio horizontą, kuris sukelia Hokingo spinduliuotę. Jeigu jis statmenas laikiškajai krypčiai, laikas sustoja. Elektromagnetinis laukas išsiskiria dviejų medžiagų sandūroje.

Eksperimentas yra aprašytas liepos 20 dienos žurnalo arXiv numeryje. Toliau mokslininkai planuoja savo eksperimentus praplėsti kvantinių taškų puslaidininkiais – įmaišyti juos į metamedžiagą, kad būtų galima sumodeliuoti juodosios skylės centrą ir pabandyti aptikti Hokingo spinduliuotės analogiją. Anokia paslaptis, jog teoriniai Stiveno Hokingo modeliai rodo, kad juodosios skylės gali garuoti.