В первые мгновения после Большого взрыва Вселенная раздувалась быстрее, чем свет успевал её пересечь. Как надуваемый воздушный шар, только вместо резины — само пространство. На этом шаре неизбежно возникала рябь — крошечные уплотнения и разрежения, из которых позже выросли все галактики и звёзды. Обычно физики описывают эту рябь отдельно, будто она появляется на гладком, спокойном фоне раздувания. Но так ли это на самом деле?
Авторы статьи задались вопросом: а что, если сама рябь и процесс раздувания не независимы? В квантовом мире частицы могут быть запутаны — связаны так, что состояние одной мгновенно определяет состояние другой, даже на расстоянии. Похоже на два синхронно качающихся маятника: толкнёшь один — второй отзовётся, хотя их ничто не соединяет. Исследователи предположили, что волна Вселенной, описывающая раздувание, и волна ряби могут быть точно так же запутаны. Тогда рябь, которую мы видим на небе как слабые перепады температуры реликтового излучения, должна нести отпечаток этой связи.
Учёные построили упрощённую модель, где раздувание ведёт к будущему, похожему на сегодняшнюю ускоренно расширяющуюся Вселенную. Они вычислили, как выглядит спектр ряби, если честно учесть запутанность, а не отбрасывать её, как делалось раньше. Оказалось, что отклонения от стандартных предсказаний действительно есть. Они крошечные, но, что важно, заметно больше тех поправок, которые обычно связывают с квантовой гравитацией. Это как искать не песчинку на пляже, а мелкий камешек — всё ещё трудно, но уже не безнадёжно.
Пока что эффект слишком мал для сегодняшних телескопов. Но будущие карты реликтового излучения, возможно, смогут его уловить. Тогда мы впервые увидим прямое доказательство того, что рождение структуры в космосе было квантово-запутанным процессом. И это изменит наше понимание самого начала — как если бы мы наконец услышали не просто мелодию, а полную оркестровку музыки Большого взрыва.
как её написали авторы, на английском arXiv:2608.07164v1
In the context of quantum cosmology, we study quantum entanglement in solutions of the Wheeler--DeWitt equation for a homogeneous inflaton--gravity system coupled to perturbations. The wave function describing the homogeneous degrees of freedom is entangled with the wave function describing the perturbations, and this may lead to potentially observable effects on the inflationary spectra. We restrict our analysis to two simplified models that admit a future de Sitter attractor, while neglecting non-adiabatic effects and contributions of order $$\mathcal{O}(\hbar^2)$$ in the Mukhanov--Sasaki equation. Analytical expressions for the resulting spectra are obtained by marginalising over the homogeneous inflaton variable and can be evaluated in regimes where reliable approximations are available. Small deviations from the standard semiclassical spectra are indeed generated, and these are significantly larger than the quantum-gravitational corrections usually considered in this context.
Колебания температуры реликтового излучения составляют всего около 0,001% от среднего — это как заметить неровность в одну сотую миллиметра на идеально отполированном столе длиной в метр.
В романе «Контакт» Карла Сагана герои находят в реликтовом излучении сообщение от создателей Вселенной — возможно, настоящий отпечаток квантовой запутанности окажется не менее загадочным.