14.04.2011 11:27
Suure paugu simulaator välistab ajas rändamise võimalikkuse
Füüsikute loodud töölauale mahtuv seade
simuleerib valguse ja aja käitumist pärast Suurt Pauku.
USA Marylandi ülikooli teadlaste loodud
seade võib kunagi aidata seletada, miks aja liikumine on ühesuunaline.
Ajakirjale Physical Review Letters
esitatud artikli ühe autori Igor Smoljaninovi sõnul rekonstrueerisid nad mudeli
abil aegruumi laienemise.
Elektriinsenerid Smoljaninov ja Yu-Ju
Hung ehitasid oma Suure Paugu simulaatori metamaterjalidest, mis võimaldavad
valgust ebatavalisel viisil väänata.
Teadlased on väitnud, et metamaterjalide
kasutamine võimaldab valguskiiri ümber esemete painutada ning need nähtamatuks
muuta.
Mõned aastad tagasi mõistsid füüsikud,
et metamaterjale saab kasutada ka astronoomiliste nähtuste, näiteks planeedi
ümber tähe tiirlemise või valguse mustas augus lõksus olemise, matkimiseks.
Laborisse mängukosmose ehitamine
võimaldab füüsikutel teha kosmose ja aja
olemusega seotud eksperimente, mida muidu ei oleks võimalik läbi viia.
Smoljaninovi ja Hungi seadme abil saavad
teadlased uurida termodünaamilist aja suunda, mis on füüsikas pikaajaline
probleem.
Enamus füüsikaseadusi kehtiks sõltumata
sellest, kas aeg liigub edasi või tagasi, kuid mitte termodünaamika teine
seadus, mis käsitleb looduslike protsesside mittepööratavust ning kirjutab ette
korratuse suurenemise ajas.
See seadus selgitab, miks inimesed ei
saa nooreneda või katkine muna uuesti terveks muutuda.
Teiseks erandiks on kosmoloogiline aja
suund ehk universumi paisumise suund.
Smoljaninov ja Hung kirjutavad, et kuigi
üldiselt arvatakse, et statistiline ja kosmoloogiline aja suund on omavahel
seotud, ei ole võimalik Suurt Pauku korrata ning seda seotust
eksperimentaalselt tõestada.
Seda saab aga tõestada laborilaual oleva
metamaterjalist Suure Paugu simulaatori abil.
Simulaatori ehitamiseks sobitasid nad akrüüli
ja kulla laastud kokku sedasi, et kulda tabav laservalgus tekitab aatomituumade
vahel leiduvate elektronide laine, mida nimetatakse plasmoniks.
Elektronide teekonna kirjeldamiseks läbi
metamaterjalide lameda pinna kasutatakse sama matemaatikat, mis kirjeldab
osakeste liikumist läbi Minkowski ruumi
konstantse versiooni. Minkowski ruum on erirelatiivsusteooria aegruumi
matemaatiline mudel.
Valguse teed läbi metamaterjalist Suure Paugu kujutavad seega osakese elu joonestatuna ajas ja ruumis, mida füüsikud
nimetavad maailmajoonteks. Metamaterjali rohelise laseriga valgustades nägid
teadlased ühest ja samast punktist laienevat plasmonite kolmnurka ehk
mängu-Suurele Paugule järgnenud universumi laienemist.
Kuna metamaterjal ei ole täiuslik, siis
on valguskiired moonutatud ning levides on nende vahel vastasmõju
Smoljaninovi sõnul funktsioneerib
metamaterjal entroopia algelise mudelina, kujutades termodünaamilist aja suunda,
ning maailmajooned modelleerivad kosmoloogilist aja suunda. Metamaterjalis liikusid
mõlemad samas suunas.
Ajas rändamine ei ole võimalik
Teadlased uurisid ka seda, kas nende
mudel võimaldab ajas rändamist.
Algul arvas Smoljaninov, et see on
lihtne ning piisab vaid metamaterjali loomisest, milles valgus ringis liigub
ning aja alguspunkti tagasi jõuab.
Selgus aga, et see ei ole nii lihtne, sest
Smoljaninovi aegruumi mudelis saab liikuda ainult spetsiifiliste lainepikkuste ja
polarisatsioonidega valgus.
Ajas liikuva osakesega sarnaselt käituva
valguse jaoks ei ole võimalik luua ringikujulist liikumisteed, mistõttu on ajas
rändamine võimatu.