Метаматериалы позволяют моделировать столкновение параллельных Вселенных.
Война миров: Браны в лаборатории

Одна из интереснейших концепций современной космологии — «мир на бране». В рамках Теории Струн она описывает наш мир, как существующий на бране. Брану упрощенно можно описать как нечто вроде мембраны, только мембрана — двухмерная поверхность в трехмерном пространстве, как пленка мыльного пузыря, а брана представляет собой трехмерную поверхность в многомерном пространстве). При этом вокруг браны простираются другие измерения, но все частицы и поля словно привязаны к нашей бране, и мы никак не можем «прощупать» другие измерения, поскольку туда просто-напросто почти ничего не проникает.

Одна из идей, существующих в рамках концепции «мира на бране» состоит в том, что наша Вселенная стала результатом столкновения двух других «миров на бране», и череда таких столкновений создает новые миры бесконечно. Этот «эпикроктический сценарий» Большого Взрыва описывает Вселенную, как ту, в которую выделилась энергия после столкновения двух бран в многомерном мире.

Теория показывает, что эпикроктический сценарий, если он справедлив, имеет ряд важных следствий — например, он приводит к появлению Вселенной современного вида без необходимости введения такой сложной и подозрительной концепции, как космологическая инфляция, т. е. невероятно быстрое расширение молодой Вселенной, протекавшее намного быстрее скорости света. Без этого классические представления о процессе Большого Взрыва не может объяснить размеры современной Вселенной — но и само это представление пока обосновать не получается. Никто окончательно не может назвать и обосновать причины инфляции.

Впрочем, и с «миром на бране» не все так просто. Что вообще значит «столкновение вселенных»? Математически пространство-время представляется в современной физике с помощью четырехмерного пространства Минковского, и столкновение вселенных условно можно назвать столкновением «границ» отдельных доменов этого пространства. Впрочем, все это чисто умозрительные, теоретические конструкции.

Однако недавно уже знакомый читателям нашего сайта наш бывший соотечественник Игорь Смолянинов и его коллега Юй-Цзюй Хун (Yu-Ju Hung) сообщили, что им удалось воссоздать эти теоретические конструкции в лаборатории — и в итоге провести даже нечто вроде симуляции столкновения двух «миров на бране». Ученые воспользовались тем, что математические описания геометрии пространства-времени и геометрии пространства, в котором распространяются электромагнитные волны, очень сходны. В результате второе вполне может служить моделью для первого. И если возможность наблюдать искажения пространства-времени существует пока лишь в космических масштабах, то появившаяся с распространением метаматериалов возможность «искажать» распространение излучения позволяет делать это и в лаборатории.

Ранее Смолянинов показал, что вакуум при определенных условиях ведет себя так же, как гиперболические метаматериалы. Низкочастотные фотоны ведут себя в нем так, как если бы одна из пространственных координат была бы осью времени. Такие метаматериалы представляют собой набор тонких слоев металла, разделенных слоями диэлектрических материалов. С их помощью можно смоделировать целый набор космологических явлений — в том числе и «столкновение миров».

В данном случае аналогами «миров на бране» послужили тонкие концентрические кольца из золота, разделенные диэлектриком. Смолянинов поясняет: «Когда эти кольца-«вселенные» соприкасаются, между ними появляются границы доменов пространства Минковского». Впрочем, помимо этого факта, из полученной модели вряд ли можно что-то выяснить. Она вряд ли расскажет нам что-то из того, что мы еще не знаем. Или хотя бы докажет справедливость того, о чем мы только предполагаем — в том числе и самого факта столкновения «миров на бране».

По публикации MIT Technology Review / Physics ArXiv Blog