Fyysikot jäljittelivät alkuräjähdystä – minikokoinen universumi rakentui kaliumatomeista

”Seuraavaksi voimme alkaa esittää kysymyksiä, jotka yltävät nykyisiä teorioita pidemmälle”, tutkija lupaa.

Maailmankaikkeuden syntyyn ja kehitykseen liittyy useita avoimia kysymyksiä.

23.1. 2:00 | Päivitetty 23.1. 7:46

Maailmankaikkeuden ensi hetkistä on olemassa vain vähän todisteita. Vallitsevan käsityksen mukaan universumi syntyi äärimmäisen kuumasta ja tiheästä tilasta noin 13,8 miljardia vuotta sitten.

Alkutilaa edelsi tai seurasi inflaatio eli maailmankaikkeuden hyvin nopea laajeneminen. Kukaan ei kuitenkaan tiedä varmasti, miten tämä inflaatiovaihe eteni.

Nyt saksalainen tutkimusryhmä etsii vastausta jäljittelemällä alkuräjähdyksen jälkeisiä oloja laboratoriossa.

Tutkijoille on epäselvää, millainen aika-avaruus oli noina ensimmäisinä hetkinä ja millaiset fysiikan lait silloin vallitsivat.

Heidelbergin yliopiston fyysikko Nikolas Liebster kollegoineen kehitti niin kutsutun kvanttikenttäsimulaattorin, jolla erilaisia maailmankaikkeuden malleja voitiin testata hallitusti.

Ryhmä rakensi miniuniversuminsa 20 000 kaliumatomista, jotka jäädytettiin lähelle absoluuttista nollapistettä.

Hyisessä ympäristössä atomit muodostivat Bosen-Einsteinin kondensaatin eli aineen olomuodon, jossa suuri määrä hiukkasia alkaa käyttäytyä yhden ainoan hiukkasen tavoin.

Kondensaatti oli myös supraneste eli aine, jolla ei ole lainkaan sisäistä kitkaa ja joka on siten alituisessa liikkeessä kaikkiin suuntiin.

Miniuniversumi muistutti muodoltaan kaksiulotteista pannukakkua. Valon virkaa toimittivat ääniaallot, niillä kun on samoja ominaisuuksia kuin valoaalloilla ja ne käyttäytyvät samaan tapaan.

Kun miniuniversumi oli valmis, tutkijat ryhtyivät testaamaan maailmankaikkeuden laajenemista ja aika-avaruuden kaareutuvuutta kuvaavia teorioita.

Oliko laajeneminen kiihtyvää, tasaista vai hiipuvaa? Entä oliko aika-avaruus litteä vai pallomainen, vai muistuttiko se muodoltaan pikemminkin satulaa?

Tutkijat pystyivät ohjaamaan nestettä haluttuihin muodostelmiin ja säätelemään sen leviämisen vauhtia. Lopuksi he lähettivät nesteen läpi ääniaaltoja nähdäkseen, miten ne kussakin universumimallissa käyttäytyivät.

Atomien käytös kokeessa vastasi teoreettisten mallien ennusteita, ryhmä raportoi Nature-tiedelehdessä.

Toistaiseksi koe ei kuitenkaan antanut vastausta siihen, onko jokin nykyisistä teorioista oikeassa tai väärässä.

”Lähinnä se vahvisti, että simulaattorimme ylipäätään toimii”, Liebster kertoi Vice-lehdelle.

”Seuraavaksi voimme alkaa esittää kysymyksiä, jotka yltävät nykyisiä teorioita pidemmälle.”

Julkaistu Tiede-lehdessä 1/2023.

Seuraa ja lue artikkeliin liittyviä aiheita

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat