Zvětšit obrázek

Cheng Chin a jeho ultrachladná komora pro simulace raného vesmíru. Kredit: University of Chicago/ Jason Smith.

Náš vesmír vznikl zhruba před 13,8 miliardami let, ve víru extrémních událostí. Nikdo z nás u toho tehdy nebyl a teď nás neobyčejně zajímá, jak se to vlastně seběhlo. Možnosti studia tak dávné a tak extrémní události jsou ale pochopitelně jen omezené. Vzhledem k hravosti, která je našemu druhu vlastní, se nabízí využití experimentů. Sjet si znovu Velký třesk, to by asi nebylo úplně to pravé, jak pro astrofyziky, tak i pro celý zbytek vesmíru. Naštěstí nám ale i tak zůstává poměrně velké pole působnosti. Například si můžeme, s osvěžující příchutí paradoxu, modelovat raný vesmír v experimentu s extrémně nízkými teplotami.

Zvětšit obrázek

Hustota ultrachladných atomů cesia. Vlevo začátek simulace, odpovídající době těsně po Velkém třesku, vpravo situace o 80 milisekund později. Kredit: Cheng-Lung Hung.

Pustil se do toho Chen-Lung Hung, dnes z Caltechu, se dvěma kolegy. Jako vůbec první uskutečnili laboratorní simulaci vývoje struktury vesmíru při extrémně nízkých teplotách. Použili k tomu atomy cesia, které ve vakuové komoře zmrazili na teplotu jen jednu miliardtinu stupně Celsia nad absolutní nulou (mínus 273,15 stupňů Celsia). Vše nasvědčuje tomu, že se v takové hmotě odehrávají podobné jevy, jako v mladičkém vesmíru krátce po Velkém třesku. Ultrachladné atomy se excitují společně a chovají se jako zvukové vlny ve vzduchu. Podle toho, co víme, se velmi podobně chovala kaše z hmoty a záření brzy po vzniku vesmíru.

Zvětšit obrázek

Mapa teploty reliktního záření vesmíru z dat sondy WMAP (2008). Kredit: NASA/WMAP Science Team.

Vědci si představují, že synchronizované „zvukové“ vlny vznikly jako důsledek kosmologické inflace, která měla nafouknout vesmír pár mžiků po jeho vzniku. Když se to hodně zjednoduší, jako kdyby to byl rachot exploze Velkého třesku. Jejich projevem jsou baryonové nebo též Sacharovovy akustické oscilace, pravidelný vzor v rozložení viditelné hmoty vesmíru.

A právě Sacharovovy oscilace chtěli Hung a spol. vyvolat ve shluku asi 10 tisíc ultrachladných atomů cesia. Jejich zmrzlý vesmír měl sice průměr jenom kolem 70 mikronů, přesto v něm ale nakonec fungovala fyzika, která 380 tisíc let po Velkém třesku vykreslila vzor v reliktním záření vesmíru, tehdy o velikosti asi 100 tisíc světelných let.

Chen-Lung Hung. Kredit: Caltech.

A stačilo jí k tomu nějakých 10 milisekund. Cheng Chin, šéf laboratoře na Univerzitě v Chicagu, kde se zrodil ultrachladný minivesmír, oslavuje ohromnou sílu fyziky, protože umožňuje podobné experimenty. Jejich výsledky prý potvrzují, že simulace astrofyziky na zmražených atomech, může být úžasným nástrojem.

Spustit video

Video

Mapa reliktního záření nám dneska vlastně ukazuje snímek vesmíru, tak jak vypadal oněch 380 tisíc let po svém vzniku. Nic míň, ani nic víc. O tom, jak vypadal vesmír před tím a jak se vyvíjel potom, se můžeme jenom dohadovat. Ultrachladné simulace Hungova týmu přitom ale zachycují kompletní vývoj Sacharovových akustických oscilací, takže se díky nim vlastně v jistém smyslu dozvíme víc, než z pozorování vesmíru. Hung s Chinem se už těší na další experimenty s ultrachladnými atomy, v nichž by se chtěli pustit i do simulací vzniku galaxií či dynamiky černých děr. Zdá se, že o ultrachladných atomech ještě hodně uslyšíme.

Literatura

University of Chicago News 28.8. 2013, Science online 1.8. 2013, Wikipedia (Baryon acoustic oscillations).