Вселенную залили в колбу

Американские физики во главе с выпускником МФТИ Игорем Смоляниновым создали в лаборатории материал, позволивший имитировать развитие вселенных

Создан самоорганизующийся материал, способный имитировать пространственно-временные свойства вселенных, с различными наборами управляющих ими законов и начальных условий. Соответствующую работу выполнила группа физиков во главе с выпускником МФТИ и бывшим сотрудником Института физических проблем им. П. Л. Капицы РАН Игорем Смоляниновым, ныне работающим в Университете штата Мэриленд.

Статью с описанием своего исследования ученые выложили на сайт препринтов Arxiv.org.

Вот уже несколько лет исследователи в различных лабораториях мира заняты созданием метаматериалов со специфическими оптическими свойствами, например таких, которые позволяют создавать плащи-невидимки.

Это весьма трудоемкое занятие, но группа Смолянинова все бремя труда возложило на сам метаматериал — он у них получился самоорганизующимся.

Они назвали его феррожидкостью. Основой материала служит взвесь в керосине наночастиц кобальта, каждая из которых имеет покрытие, не позволяющее ей слипаться с другими.

Если к этой взвеси приложить магнитное поле, то, поскольку кобальт представляет собой ферромагнетик, наночастицы реагируют на его присутствие и, как обнаружили исследователи, начинают выстраиваться в колонны, ориентированные вдоль магнитных линий.

Оказалось, что если пропускать через такую феррожидкость с колоннами поляризованный лазерный свет, то его прохождение математически эквивалентно прохождению через трехмерное пространство-время Минковского 2+1, то есть с двумя пространственными и одной временной координатами.

Пространство-время Минковского было предложено великим немецким математиком Германом Минковским в 1908 году в качестве геометрической интерпретации теории относительности. Главной особенностью этого пространства является неразрывность временной и пространственной координат. С точки зрения наблюдателя координаты материальной точки есть, можно сказать, смесь пространства и времени, причем в зависимости от относительной скорости точки соотношение ингредиентов этой смеси меняется. В случае с кобальтовой взвесью временная координата оказалась расположена вдоль оси колонн, а две пространственные координаты, соответственно, в плоскости, которая перпендикулярна этой оси.

Уже само по себе это было интересно — создать аналог Вселенной на лабораторном столе.

Но физики пошли дальше. Они заметили, что наночастицы кобальта начинают собираться в колонны, когда их концентрация превышает некий минимум. Тогда они начали экспериментировать со взвесями различной концентрации, но всегда чуть ниже этого минимума. Они обнаружили, что и здесь наночастицы начинают формировать колонны, но те тут же и распадаются под воздействием тепловых флуктуаций. Однако это были совсем другие колонны. Прохождение лазерного света сквозь них было таким, как если бы они находились в других вселенных Минковского, с другими законами и другим набором начальных условий.

В каждый момент времени (нашего, а не того, математического, что вдоль оси колонн) колонны формировались, видоизменялись и распадались, демонстрируя свойства разных вселенных. В одних вселенных фотоны, как и у нас, были безмассовыми, в других имели массу и потому никогда не достигали скорости света. Получался своеобразный мультиверс (мультивселенная — множество всех возможных реально существующих вселенных) «в одном флаконе» толщиной 1500 нанометров.

Как использовать этот результат на практике, пока не совсем ясно — это часто случается с открытиями, особенно в физике и особенно в первые моменты после открытия.

Сам Смолянинов считает, что такой кобальтовый или похожий на него мультиверс можно использовать для экспериментального исследования экзотических геометрий пространственно-временных континуумов, отличных от геометрии нашей Вселенной.