| Jūs esate čia: Pradžia » Visos temos » Mokslas » Įdomusis mokslas |
Kvantinis eksperimentas, galintis padėti rasti multivisatos įrodymus
| ||
|
Tai straipsnis iš rašinių ciklo. Peržiūrėti ciklo turinį
|
(
(
|
Tačiau 2017 metais fizikai iš Naujosios Zelandijos ir Australijos publikavo žaidimą pakeitusį darbą. Jų straipsnyje parodyta, kad tinkamomis sąlygomis netikro vakuumo suirimą ankstyvojoje visatoje aprašančios lygtys yra ekvivalentiškos aprašančioms kvantinės fazės perėjimą egzotiškame Bose-Einšteino kondensate (BEK) – įprastai sudarytame iš itin žemos temperatūros atomų – kuriame sukuriami tikrą vakuumą atitinkantys burbuliukai. Mokslininkai teigė, kad studijuojant tokių burbuliukų formavimąsi ir elgesį laboratorijoje, galima būtų sužinoti ir apie visatų formavimąsi, taip užpildant spragas, su kuriomis, ieškodama potencialių multivisatos įrodymų, susidūrė Peiris, tarkime, tokių burbulinių visatų susidūrimo tikimybės. Johnsoną su kolegomis ši idėja suintrigavo. Bet tik po to, kai atidžiai ištyrė lygtis, kurių koncepcija atrodė verta eksperimentinio tyrimo. Tuomet jie pradėjo bendradarbiavimą su panašių šalto atomo sistemų tyrimo patirtį turinčiu fizikos eksperimentuotoju iš Nottinghamo universiteto, JK, Silke Weinfurtneriu. Dabar Weinfurtneris vadovauja kondensato burbulo idėją tiriantį fizikos teoretikų ir eksperimentuotojų tarptautinį konsorciumą. Naujasis eksperimentasIš pradžių Hadzibabicas galimybę sukurti pakankamai sudėtingą tiesioginį kosmologinio netikro vakuumo irimo analogą vertino skeptiškai. Pavyzdžiui, mėginys turi būti tolygus, kad burbulai galėtų formuotis bet kur, ir pakankamai šaltas, kad pasireikštų terminių fluktuacijų netrikdomi, tikri kvantiniai efektai. Bet padiskutavęs su kolegomis ir panagrinėjęs susijusią matematiką, jis darėsi vis optimistiškesnis minties, kad tai galėtų mums kažką parodyti apie ankstyvą visatą, atžvilgiu. „Tai savotiškas Occamo skustuvas [idėja, kad paprasčiausias paaiškinimas dažniausiai būna ir tiksliausias],“ sako jis, „kiek tik Occamo skustuvas gali būti taikomas visatos gimimui.“ Pirma, jau veikianti, stadija kuria BEK, atšaldydama kalio jonus iki žemiausios temperatūros visatoje. Kai mikronų dydžio dujų debesėlis pasiekia tokias temperatūras, jis elgiasi kaip viena kvantinė dalelė. Būtent todėl Bose-Einstein kondensatas toks naudingas, nes leidžia fizikams tyrinėti kvantinius procesus daugmaž savo akimis. Paskui Hadzibabicas paruoš kondensatą metastabilaus vakuumo būsenoje ir lauks, kol šis kvantiniu tuneliavimu pereis į tikrojo vakuumo būseną, stebėdamas besiplečiančius tikrojo vakuumo burbulus. Ši studija truks sekundes, ir po to kondensatas bus sunaikintas, ir visas procesas – šaldymas, tuneliavimas, burbulų susidarymas – prasidės iš naujo. Kebliausia bus nustatyti, ar rezultatas iš tiesų yra ankstyvos visatos analogas, sako Johnsonas. „Teks detaliai atlikti daugybę patikrinimų.“ Galiausiai, teks lyginti rezultatus su matematinėmis simuliacijomis ir ieškoti potencialių problemų. Tuomet, atsižvelgus į galimas problemas, pareguliuoti eksperimentą ir lyginti vėl, kol, tikėtina, eksperimentas atitiks simuliaciją. Jei to nenutiks, ankstyvos visatos teoriją teks peržiūrėti – ne menkiau jaudinama perspektyva kosmologams. Eksperimentinį analogą tvirtinti teorija, tuo pat metu bandant teoriją patvirtinti eksperimentu – neįtikėtinai sunku. „Bet maždaug taip vykdomas visas mokslas, kadangi ankstyvos visatos stebėjimo duomenys tokie riboti, tai yra geriausia, ką galime nuveikti,“ sako Katie Mack, Perimeter instituto kosmologė, kuriai šis eksperimentas atrodo itin svarbus. Ir priežastis optimizmui yra. Komanda su Gabriele'iu Ferrari, Trento universiteto fiziku, neseniai atliko paprastesnę tokio eksperimento versiją – viename matmenyje, iš esmė, itin ploname vamzdelyje – ir iš tiesų matė „burbulus“, kurie atrodė kaip linijos. Eksperimentas nebuvo atšaldytas pakankamai, kad pasireikštų visiškai atsitiktiniai kvantinės mechanikos procesai; tuneliavimą gali sukelti terminės fluktuacijos. Bet „terminės fluktuacijos galėjo inicijuoti netikro vakuumo fazinį virsmą ir ankstyvojoje visatoje,“ argumentuoja Ferrari. Šios komandos rezultatai, nors dar nerecenzuoti, irgi atitinka teorinius netikro vakuumo irimo viename matmenyje modelius, kas rodo, kad fizikai juda bent tinkama kryptimi. „Tai išties įdomus pirmasis rezultatas,“ sako Weinfurtneris, nors ir ne visai toks, kokio ieško kosmologai. Pavyzdžiui, be to, kad vienmatės, dujų tankis nėra vienodas, tad labiau tikėtina, kad burbulai susidarys viduryje, kur dujų daugiau. Dėl to sunku spręsti apie burbulų pasiskirstymą ir sąveiką multivisatoje. Susiduriančios visatosTuo tarpu Hadzibabico eksperimentas bus dvimatis ir idealiai tolygus, nes kondensatas lazerio šviesa bus laikomas idealiai stačiakampėje „spąstų dėžutėje“. Spąstus, kurie būtini, norint geros analogijos su visata, išrado jo komanda ir dabar juos naudoja ir kiti tyrėjai. Kai apsilankiau laboratorijoje, didžioji dalis dviejose autobusiuke telpančiose dėžėse įrengtas eksperimentas buvo beveik parengtas. „Tikimės burbulus išvysti kitais metais,“ sako Hadzibabicas. Bus įdomu išvysti tų burbulų sąveiką. Johnsonas su kolegomis jau teoriškai parodė, kad burbulai tikriausiai formuosis santalkomis, kas didina susidūrimų tikimybę. „Jeigu patvirtinsime jų rezultatą, bus iš tiesų šaunu,“ sako Peiris. Eksperimento rezultatai galėtų padėti fizikams iš naujo įvertinti nepaaiškinamas KMF dėmes, tokias, kokias aptiko Peiris ir Johnsonas. „Be to, tai galėtų paskatinti danguje žvalgytis ir ko kito,“ pastebėjo Johnsonas. Pavyzdžiui, kaktomuša susidurdamos dvi visatos erdvėlaikio raibulių – gravitacinių bangų – nesukurtų, bet kelios – galėtų. Ir jas gali pavykti aptikti naujomis gravitacinių bangų observatorijomis. Bet net jeigu paaiškės, kad mūsų visata su kita visata nesusidūrė, Hadzibabico eksperimentas vis viena žada atradimų. Pirmaisiais kosmoso momentais galėjo vykti kiti faziniai virsmai, paklūstantys tai pačiai multivisatą kuriančiai matematikai. Tad, kaip komanda tikisi, bendros tokių virsmų teorijos tikrinimas ir tobulinimas galėtų padėti dešifruoti ankstyviausius mūsų visatos momentus. Kaip taip gali būti?Fizikų grupė netiesioginiais stebėjimais tikisi patikrinti multivisatos egzistavimą (žr. pagr. pasakojimą). McCullen Sandora iš Blue Marble kosmoso mokslo instituto imasi statistinio metodo. Idėja paprasta: jei fizikos dėsniai ar konstantos visatoje truputį skirtųsi nuo esančių – tarkime, nebūtų įmanomas anglies susidarymas – mums pažįstama gyvybė neegzistuotų. Nuostabu, kad mums taip pasisekė: mūsų visata atrodo paslaptingai gerai suderinta egzistuoti gyvybei. Bet multivisata šį klausimą išsprendžia. Begalinėje multivisatoje, statistiškai, bent keliose visatose yra gyvybei išsivystyti tinkamos sąlygos, kad ir kokios neįprastos jos būtų. Mūsiškė tiesiog yra viena iš tokių. Toks požiūris reiškia dideles prielaidas apie tai, ko gyvybei reikia, tad Sandora pavertė argumentą patikrinama prognoze. „Jei gyvybei nebūtina anglis, tuomet nebūtų priežasties mums egzistuoti visatoje, kuri taip gerai ją gamina“, sako jis. „Būtų daug labiau tikėtina, mums būti tipiškesnėje visatoje, kurioje anglies nebūtų tiek daug.“ Sandora ir jo komanda dabar atlieka daugiau nei tuziną tokių testų, tarp kurių ir tiriantis, ar sudėtingai gyvybei būtina fotosintezė ir ar sudėtingai gyvybei atsirasti planetose būtini dideli palydovai. Jei paaiškėtų, kad gyvybė visatoje tokių prognozių neatitinka, tuomet esame atskalūnai. Tai padidintų multivisatos egzistavimo tikimybę. Jei bent viena iš šių prognozių klaidinga, multivisatos egzistavimo tikimybė gali sumažėti iki vienos milijonosios, sako jis. Nors daug Sandora'o spėjimų remiasi nežemiškos gyvybės radimu, jis nusiteikęs optimistiškai. „Kokie nors dideli planuojami egzoplanetų tyrimai gali aptikti kelis gyvybės pavyzdžius per artimiausius kelis dešimtmečius,“ mano jis. Miriam Frankel
▲
| |||||||||||||||||||||||
Įdomiausi
.png)
100
(0)
.jpeg)
