Вселенная в газовой ловушке: как отличить инфляцию от отскока ✛ ✎
В первые мгновения после Большого взрыва Вселенная пережила стремительное расширение — инфляцию. Но, возможно, до этого она сжималась, а затем отскочила. Оба сценария оставляют почти одинаковый отпечаток в реликтовом излучении, и космологи десятилетиями спорят, какой из них верен. Различить их могла бы физика на сверхмалых длинах — планковском масштабе, который недоступен прямым экспериментам. Однако группа физиков предложила обходной путь: воссоздать раннюю Вселенную в лаборатории, внутри облака ультрахолодного газа.
Ключевая идея — использовать не обычные контактные взаимодействия между атомами, а диполь-дипольные силы, возникающие между их магнитными моментами. Такие силы можно точно настраивать с помощью магнитного поля (резонанс Фешбаха). Если газ сжать в тонкий слой, его коллективные колебания становятся похожи на возмущения пространства-времени в ранней Вселенной. Причём анизотропное сжатие — разное в продольном и поперечном направлениях — порождает неадиабатическую поправку, которая и ломает дуальность между инфляцией и отскоком. Раньше считалось, что эти два сценария дают одинаковый спектр возмущений; теперь выяснилось, что при сжатии на малых импульсах появляется заметный наклон спектра.
Это открытие означает, что лабораторный квантовый симулятор может дать критерий, недоступный астрономическим наблюдениям. Если в эксперименте с холодным газом удастся измерить спектр флуктуаций плотности в сжимающейся фазе и увидеть красный наклон, это станет сильным аргументом в пользу модели отскока. Более того, такой подход позволяет проверять предсказания квантовой гравитации, не достигая планковских энергий: следы физики высоких энергий проявляются на больших масштабах через наклон спектра.
Экспериментальная реализация возможна уже сегодня на конденсатах диспрозия или эрбия. Достаточно настроить контактное взаимодействие с помощью резонанса Фешбаха так, чтобы относительная дипольная сила приблизилась к критическому значению. Тогда сжатие газа в ловушке воспроизведёт транс-планковскую физику, и мы сможем в буквальном смысле увидеть, как рождалась Вселенная.
Критическое значение R = $R_c$, при котором спектр замерзает, совпадает с границей устойчивости объёмного квантового газа: $g_c$ = $g_d$. Это значит, что нужный режим достигается простой настройкой резонанса Фешбаха, без экзотических условий.
Идея лабораторной Вселенной перекликается с «Вселенной в пробирке» из научной фантастики, где миниатюрные космосы создают для изучения фундаментальных законов.