Игорь Смолянинов и Ю Джу Хун (Yu-Ju Hung), инженеры-электронщики из Университета Мэрилэнда, придумали способ изучать пространственно-временные процессы, происходившие во время Большого Взрыва с помощью «плаща-невидимки», то есть метаматериалов, проходя внутри которых, свет может огибать предметы, делая их невидимыми или выдавая один предмет за другой.

На этот раз метаматериалам нашли другое применение – имитировать астрономические события, которые невозможно воспроизвести иным способом. Смолянинов и Хун обратили внимание на то, что математика, описывающая движение квазичастиц, называемых плазмонами, по кристаллической решетке метаматериала, совпадает с математикой, описывающей движение массивных частиц в плоской версии пространства Минковского, в котором временная координата ничем принципиально не отличается от пространственных, а значит, с их помощью можно моделировать самые различные процессы, в том числе и астрономические.

Рис. 1. Установка для имитации Большого взрыва.

Плазмон представляет собой колебание электронов, передающееся по кристаллической решетке волнообразно. Эта волна, по законам квантовой механики, ведет себя в точности как частица. В установке Смолянинова и Хуна плазмоны генерировались лучом зеленого лазера. Точка, от которой они веером разбегались, представляла собой точку, где произошел Большой Взрыв, а траектории, по которым они двигались в метаматериале (полоски из золота и акрила), показывали мировые линии частиц и говорили о том, как изменялось пространство-время после Большого взрыва.

Рис. 2. Мировая линия плазмонов, стрелкой показано направление лазерного луча.

Вообще законы физики, как известно, разрешают времени течь в обоих направлениях. Но обратный ход времени запрещен двумя обстоятельствами – вторым законом термодинамики, провозглашающим, что со временем энтропия, то есть хаос, увеличивается, и расширением Вселенной. Ученые считают, хотя это и не доказано, что обе этих «стрелы времени» связаны между собой. Это подтвердили и эксперименты с метаматериалом и квазичастицами, имитирующие Большой взрыв.

Ученые не настаивают на том, что их эксперименты в точности воспроизводят ход мегаастрономических процессов и признают ограниченность сходства их игрушечного Большого взрыва с реальным. Они просто утверждают, что таким образом можно найти что-то, что позволит исследователю «задать более сложный вопрос».

Рис. 3. Схематическое представление мировой линии частицы в пространстве Минковского.