Кремний замер — и показал рождение Вселенной: физики нашли способ подглядеть начало времени

Физики из Германии и Канады совершили важное открытие: поверхность некоторых кристаллов кремния при сверхнизких температурах ведет себя аналогично структуре Вселенной в ее ранние моменты, после Большого Взрыва. Это открытие позволило ученым использовать "замороженный кремний" как модель ранней Вселенной.

Как это открытие поможет исследовать космос

Результаты этих экспериментов открывают дверь не только для создания идеальных кремниевых поверхностей, но и для моделирования важного космологического процесса. Этот процесс называется механизмом Киббла-Зурека, который описывает формирования топологических дефектов и фазовых переходов Вселенной в ее ранние дни.

"Мы можем использовать эти экспериментальные данные для моделирования изменений, произошедших сразу после Большого Взрыва, что поможет понять механизм, лежащий в основе формирования материи во Вселенной", — пояснил директор Института теоретической физики в Дрездене Ральф Шютцхольд.

Секреты Вселенной в кристаллах кремния

Прежде чем перейдем к более глубокому объяснению, представьте: в первые моменты после Большого Взрыва Вселенная была пустой, наполненной только энергией, которая равномерно распределялась по быстрому расширяющемуся пространству.

Современная Вселенная, в свою очередь, сильно отличается от этого состояния, поскольку материя в ней распределена крайне неравномерно.

Киббл и Зурек: теория, проверенная кремнием

В 1970-х годах американский космолог Том Киббл и польский физик Войцех Зурек предложили гипотезу, что текущая структура Вселенной сформировалась из-за образования в ее недрах дефектов — монополей, космических струн и доменных стенок. Эти дефекты возникли в ходе фазового перехода, происходившего в момент расширения Вселенной, что привело к образованию скоплений материи, которые стали основой галактик и звезд.

Как физики наблюдают дефекты на кремнии

Согласно теории, эти топологические дефекты образуются в результате быстрого расширения вещества, и похожие процессы можно наблюдать и на кремниевых пластинах. Когда они охлаждаются до температуры -83 градуса Цельсия, на их поверхности возникают дефекты, напоминающие монополи и космические струны, описанные в теории Киббла-Зурека.

Будущее "замороженного кремния"

Самое интересное в этом открытии — это возможность наблюдать дефекты и фазовые переходы в реальном времени с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Такой подход позволит ученым тестировать различные сценарии формирования Вселенной и разрабатывать методы создания кремниевых поверхностей с заданной структурой.

Уточнения

Вселе́нная (от словообразовательной кальки с греч. οἰκουμένη "ойкумена", "обитаемое, освоенное людьми пространство" — всеобъемлющее понятие в эпоху представлений о Земле как о середине мира) — не имеющее строгого определения понятие в астрономии и философии, под которым чаще всего подразумевается совокупность всей существующей в мире энергии, материи и пространства-времени.