使用冷原子量子体系模拟宇宙的弯曲和膨胀

德国海德堡大学的研究团队在真空中冷却了2万多个钾-39原子形成二维玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC），并通过可调控的光阱和原子间相互作用强度实现了一个量子场模拟器。在此基础上，研究团队实现了弯曲时空下波包的传播，再现了早期宇宙模型中预测的量子场行为。对于时间和空间的不同曲率，模拟结果与理论分析预测达成定量一致，为模拟膨胀宇宙中的量子场演变提供了一个新工具。在未来，对实验装置进一步的升级将提供进入未被探索的区域的可能性，有望使人们能够进一步洞察相对论量子场动力学。该成果于11月9日发表在《自然》杂志上。通过分析宇宙的大尺度结构，宇宙学家推断出空间在大爆炸后的瞬间迅速膨胀。在暴涨过程中，宇宙是空的，除了真空中存在的量子场。这些场是如何在膨胀的宇宙的弯曲时空中演变的，仍然是一个悬而未决的问题，其解决方案可能有助于科学家理解粒子是如何产生的。重现弯曲的时空极富挑战，因为它需要对系统的空间方面和时间方面进行扭曲。空间曲率涉及系统的几何形状：它是平坦的、球形的还是双曲的。时间曲率涉及系统的演变：它是扩张、收缩还是静态。1980年，加拿大不列颠哥伦比亚大学的William Unruh指出，在移动流体中传