Этот эксперимент демонстрирует возможность исследования распада ложного вакуума и его последствий для физики и космологии в контролируемых атомных системах. На канале Kurzgesagt видеосервиса Youtube появилась запись, на которой продемонстрировано разрушение Вселенной в результате распада ложного вакуума внутри неё. Физики увидели распад ложного вакуума Итальянские физики зарегистрировали распад ложного вакуума в ферромагнитной сверхтекучей жидкости. Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предлагают экспериментальные доказательства образования пузырей в результате распада ложного вакуума в квантовой системе. На канале Kurzgesagt видеосервиса Youtube появилась запись, на которой продемонстрировано разрушение Вселенной в результате распада ложного вакуума внутри неё.
Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
Недавно некоторые СМИ сообщили, что ученые впервые наблюдали распад ложного вакуума. Сложность вызова события, обладающего достаточно высокой энергией для инициирования распада вакуума, обусловлена высотой потенциального барьера между ложным и истинным вакуумом. Переход хиггсовского поля в состояние истинного вакуума вызовет вселенский распад материи, продемонстрировали ученые проекта Kurzgesagt.
Категории статьи
- Ружье на стене
- Физики из Британии впервые воспроизвели процесс распада «ложного вакуума»
- Ученые получают доказательства распада ложного вакуума
- Физики из Кембриджского университета впервые смоделировали распад ложного вакуума
- Одна Вселенная или множество?
- Физик уточнил скорость распада ложного вакуума
Предсказанный Хокингом конец света оказался очередной "страшилкой"
Однако переход в состояние минимальной энергии, или истинного вакуума, затруднен из-за высокой энергетической плотности. Проведя серию экспериментов, исследователи наблюдали образование небольших пузырьков истинного вакуума в квантовой системе, состоящей из переохлажденного газа из натрия-23. Эта среда обладает свойствами сверхтекучей жидкости и была охлаждена до температуры менее одного микрокельвина. Результаты эксперимента соответствовали математическим моделям и подтвердили квантово-механическую природу распада ложного вакуума.
Если мы живет в истинном вакууме, то опасаться совершенно нечего — он отвечает минимальному энергетическому потенциалу хиггсовского поля и поэтому стабилен. А вот если обозримая Вселенная на самом деле находится в ложном вакууме, то пора бы нам подыскать себе другую, потому что эта в любую секунду может перейти на более глубокий уровень, то есть, в тот самый истинный вакуум. Предварительно, конечно же, сколлапсировав. То есть, уничтожив, в частности, все свое содержимое.
Нашу маленькую планетку в том числе.
Кроме того, результаты исследования предоставляют ценную информацию о процессах, происходящих в квантовых системах многих тел. Этот шаг вперед открывает новые горизонты для нашего понимания основ квантовой физики и может впоследствии привести к разработке новых технологий и приложений в этой удивительной области науки.
Она предполагает, что существует два вида вакуума с различными уровнями энергии - ложный и истинный. Предполагается, что наша Вселенная находится в ложном вакууме.
Согласно квантовой теории поля это стабильное состояние с определенным уровнем энергии. Что касается так называемого "истинного" вакуума, то он обладает наименьшей из всех возможных энергий. По мнению Хокинга, в ходе экспериментов с бозоном Хиггса он может быть переведен в такое нестабильное состояние, которое станет своеобразным тоннелем между ложным и истинным вакуумом. В результате вся Вселенная перейдет в иное физическое состояние. Причем такой переход будет мгновенным. Однако вызвать нестабильность бозона Хиггса, по мнению Хокинга, сегодня практически невозможно.
Для того при имеющемся научном оборудовании необходим ускоритель, по размерам сопоставимый с Землей. Ложный и истинный. Это следует из знаменитой Стандартной модели, которая описывает мир элементарных частиц. Кстати, она считается одним из самых выдающихся достижений науки XX века.
Ученые получают доказательства распада ложного вакуума
Речь идет о потенциальном процессе, известном как распад ложного вакуума. Речь идет о потенциальном процессе, известном как распад ложного вакуума. Распад ложного вакуума. Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предлагают экспериментальные доказательства образования пузырей в результате распада ложного вакуума в квантовой системе.
Видео: смерть Вселенной из-за распада вакуума
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics. Согласно квантовой теории поля, ложным вакуумом называют состояние с малым значением энергии, которое является относительно стабильным метастабильным , но может переходить в состояние с минимальной возможной энергией, называемое истинным вакуумом. Переход между ложным вакуумом и истинным затруднен из-за высокого энергетического барьера, однако может происходить квантовомеханическое туннелирование из одного состояния в другое. В результате в ложном вакууме создаются небольшие пузырьки истинного вакуума.
И Вселенная не исключение. Согласно современному пониманию физики, есть несколько догадок о том, что может произойти в далеком беспросветном будущем. Вселенная может остыть до такой степени, что в ней попросту ничего не сможет выжить, или она внезапно коллапсирует. Однако ни один из этих гипотетических концов всего не так умопомрачителен, как распад вакуума. При этом жутком сценарии где-то во Вселенной должен появиться пузырек. Законы физики внутри него в корне отличаются от тех, что царят снаружи. Пузырь расширяется со скоростью света, в итоге поглощая всю Вселенную. Галактики разлетаются, атомы не могут удерживать свои компоненты, а взаимодействия частиц меняются на фундаментальном уровне.
Какую бы форму Вселенная ни приняла впоследствии, она определенно станет непригодной для жизни человека. Как такое может быть Чтобы понять, что такое распад вакуума, сначала следует разобраться, что такое вакуумное состояние. У большинства людей слово «вакуум» ассоциируется с открытым космосом и другими областями, в которых нет материи. Однако открытый космос, на самом деле, не пустой. Напротив, в нем есть флуктуирующие квантовые поля, производящие частицы, которые отвечают за фундаментальные законы физики во Вселенной. Когда это пространство достигает минимального энергетического уровня, говорят, что оно находится в вакуумном состоянии.
Первый случай отвечает минимальному энергетическому состоянию хиггсовского поля, тогда как для второго существует отличная от нуля вероятность перехода в более глубокий, в частности, истинный вакуум. Представленное Kurzgesagt видео посвящено второй ситуации.
Ferrari из Трентского университета провела эксперимент с переохлажденным газом, состоящим из атомов изотопа натрия-23 23Na. Газ удерживался в оптической ловушке и охлаждался до экстремально низкой температуры, при которой переходил в состояние конденсата Бозе — Эйнштейна. Ученые готовили атомы, чтобы их спиновое состояние обеспечивало локальный минимум энергии бозе-конденсата в начале измерений. Физики измеряли профили намагниченности системы в зависимости от времени и наблюдали ее пузырьковообразный переход в глобальный минимум по энергии. Ученые сравнили скорость образования пузырька истинного вакуума и частоту распадов ложного вакуума с численным моделированием классической динамики поля, а также с простой теорией инстантонов, основанной на приведенном функционале энергии намагниченности. Компьютерное моделирование совпало с экспериментальными результатами, что по мнению ученых доказывает наблюдение распада ложного вакуума в истинный.
Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
- Одна Вселенная или множество?
- Главное сегодня
- Ученые рассказали о смерти Вселенной из-за распада вакуума
- Последние новости
- Пузыри смерти: Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
5 сценариев смерти Вселенной
Расширение связано с отталкивающей гравитацией, которая заставляет ложный вакуум расширяться, а огненный сгусток продолжает расширяться по инерции. Вселенная однородна потому, что ложный вакуум везде имеет строго одинаковую плотность энергии за исключением малых неоднородностей, которые связаны с квантовыми флуктуациями в ложном вакууме. Когда теория инфляции впервые была обнародована, ее восприняли лишь как умозрительную гипотезу. Но теперь, спустя 28 лет, она получила впечатляющие наблюдательные подтверждения, большинство из которых связано с космическим фоновым излучением. Спутник WMAP построил карту интенсивности излучения для всего неба и обнаружил, что видимый на ней пятнистый узор находится в безупречном согласии с теорией. С появлением теории инфляции Большой взрыв перестал быть единственным уникальным событием. Согласно ей вселенные возникают и расширяются, как пузырьки в бокале шампанского. И таких «бокалов» может быть множество. Согласно общей теории относительности Эйнштейна пространство может быть искривлено, однако теория инфляции предсказывает, что наблюдаемая нами область Вселенной должна с высокой точностью описываться плоской, евклидовой, геометрией.
Вообразите искривленную поверхность сферы. Теперь мысленно увеличьте эту поверхность в огромное число раз. Это как раз то, что случилось со Вселенной во время инфляции. Нам видна лишь крошечная часть этой огромной сферы. И она кажется плоской точно так же, как Земля, когда мы рассматриваем небольшой ее участок. То, что геометрия Вселенной плоская, было проверено путем измерения углов гигантского треугольника размером почти до космического горизонта. Их сумма составила 180 градусов, как и должно быть при плоской, евклидовой, геометрии. Теперь, когда данные, полученные в наблюдаемой нами области Вселенной, подтвердили теорию инфляции, можно в какой-то степени доверять тому, что она говорит нам о регионах, недоступных для наблюдения.
Это возвращает нас к вопросу, с которого мы начали: что лежит за нашим космическим горизонтом? То там, то здесь в ее толще случаются «большие взрывы», в которых распадается ложный вакуум и возникает область космоса, подобная нашей. Но инфляция никогда не закончится полностью, во всей Вселенной. Дело в том, что распад вакуума — вероятностный процесс, и в разных областях он случается в разное время. Выходит, Большой взрыв не был уникальным событием в нашем прошлом. Множество «взрывов» случилось прежде и несчетное число еще произойдет в будущем. Этот никогда не кончающийся процесс называется вечной инфляцией. Можно попробовать представить, как бы выглядела инфлирующая Вселенная, если взглянуть на нее со стороны.
Пространство было бы заполнено ложным вакуумом и очень быстро расширялось во все стороны. Распад ложного вакуума похож на закипание воды. То там, то здесь спонтанно возникают пузыри низкоэнергетического вакуума. Едва зародившись, пузыри начинают расширяться со скоростью света. Но они очень редко сталкиваются, поскольку пространство между ними расширяется еще быстрее, образуя место для все новых и новых пузырей. Мы живем в одном из них и видим только малую его часть. К сожалению, путешествия в другие пузыри невозможны. Даже забравшись в космический корабль и двигаясь почти со скоростью света, нам не угнаться за расширяющимися границами нашего пузыря.
Так что мы являемся его пленниками. С практической точки зрения каждый пузырь является самодостаточной отдельной вселенной, у которой нет связи с другими пузырями. В ходе вечной инфляции порождается бесконечное число таких пузырей-вселенных. Одна из впечатляющих возможностей — наблюдение за столкновением пузырей. Если бы другой пузырь ударился в наш, это оказало бы заметное воздействие на наблюдаемое космическое фоновое излучение. Проблема, однако, в том, что столкновения пузырей очень редки, и не факт, что такое событие случалось в пределах нашего горизонта. Удивительный вывод следует из этой картины мира: поскольку число вселенных-пузырей бесконечно и каждая из них неограниченно расширяется, в них будет содержаться бесконечное число областей размером с наш горизонт. У каждой такой области будет своя история.
Под «историей» имеется в виду все, что случилось, вплоть до мельчайших событий, таких как столкновение двух атомов. Ключевой момент состоит в том, что число различных историй, которые могут иметь место, — конечно. Как это возможно? Например, я могу подвинуть свой стул на один сантиметр, на полсантиметра, на четверть и так далее: кажется, что уже здесь таится неограниченное число историй, поскольку я могу сдвинуть стул бесконечным числом разных способов на сколь угодно малое расстояние. Однако из-за квантовой неопределенности слишком близкие друг к другу истории принципиально невозможно различить. Таким образом, квантовая механика говорит нам, что число различных историй конечно. С момента Большого взрыва для наблюдаемой нами области оно составляет примерно 10, возведенное в степень 10150. Это невообразимо большое число, но важно подчеркнуть, что оно не бесконечно.
Итак, ограниченное количество историй разворачивается в бесконечном числе областей. Неизбежен вывод, что каждая история повторяется бесконечное число раз. В частности, существует бесконечное число земель с такими же историями, как у нашей.
Один из ответов — из-за «пузыря ничего». Пузырь из ничего — один из примеров «пузыря пространства-времени», где пространство-время обладает различными свойствами внутри и за пределами пузыря. Если в пространстве ложного вакуума спонтанно образуется пузырь из ничего, то он будет расти, и в конечном итоге поглотит всю Вселенную.
Но почему пузырь ничего до сих пор не сформировался? Ответ следует искать в теории струн — популярном и успешном кандидате на звание «теории всего», которая описывает крошечные струны со свойствами, которых нет у других фундаментальных частиц. В частности, струны имеют колебательное состояние, которое объясняет квантовую гравитацию. Другими словами, теория объединяет явления в квантовой физике с эффектами гравитационных полей. Поэтому теория струн так популярна.
Результаты наблюдений согласовывались с численными моделями, которые подтверждают квантово-механическую природу распада, что делает атомные сверхтекучие жидкости идеальной платформой для исследования явлений неравновесного квантового поля. Бозе-конденсат — это состояние материи, которое возникает, когда частицы или атомы, относящиеся к бозонам, охлаждают почти до абсолютного нуля, в данном случае до нескольких десятков нанокельвинов.
Бозоны способны находиться в одном и том же основном квантовом состоянии грубо говоря, их принципиально нельзя отличить одну от другой и ведут себя подобно одной «размытой» частице, что создает квантовые эффекты, видимые невооруженным глазом. Одним из таких эффектов является сверхтекучесть — способность жидкости обтекать узкие барьеры без трения.
Он происходит за счет создания небольших локализованных пузырьков. Хотя существующие теоретические работы могут предсказать, как часто происходит образование пузырей, экспериментальных доказательств не так уж и много. Теперь международная исследовательская группа с участием ученых впервые наблюдала, как эти пузыри формируются в тщательно контролируемых атомных системах. Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предлагают экспериментальные доказательства образования пузырей в результате распада ложного вакуума в квантовой системе.
Опубликовано видео, показывающее уничтожение Вселенной из-за распада вакуума
В физике элементарных частиц распад бозона Хиггса в вакууме изменил бы законы физики, вызвав то, что было описано как «окончательная экологическая катастрофа» — говорит Ян Мосс, профессор теоретической космологии в Школе математики, статистики и физики Университета Ньюкасла. Исследование открывает новые возможности в понимании ранней Вселенной, а также ферромагнитных квантовых фазовых переходов. Этот новаторский эксперимент — лишь первый шаг в изучении распада вакуума. Конечная цель — найти распад вакуума при температуре абсолютного нуля, где этот процесс обусловлен исключительно квантовыми флуктуациями вакуума.
Хотя обе ямки разделяет высокий потенциальный барьер, поле может протуннелировать через него и свалиться в более выгодное состояние. Это значит, что рано или поздно ложный вакуум Стандартной модели прекратит свое существование и перейдет в истинный вакуум, а энергию колебаний поля придется отсчитывать от абсолютного минимума, а не от локального.
Процесс такого перехода называют распадом ложного вакуума. В результате распада ложного вакуума огромная энергия, запасенная полем, высвободится — в конечном счете, это выразится в образовании большого числа частиц и приведет к повторному разогреванию Вселенной. Тем не менее, процесс распада ложного вакуума довольно сложен. Так, поле не может перейти из ложного вакуума в истинный одновременно во всем объеме Вселенной, поскольку вероятность такого перехода слишком мала. Гораздо более вероятен другой сценарий, в ходе которого поле случайно туннелирует из ложного вакуума в истинный только в некотором ограниченном объеме, а затем образовавшийся пузырек бесконечно расширяется или схлопывается обратно.
Чтобы рассчитать скорость распада по такому сценарию, необходимо найти конфигурацию поля, которая решает классические уравнения движения и описывает плавный переход между истинным вакуумом внутри пузырька и ложным вакуумом снаружи. Такая конфигурация называется инстантоном. Поскольку уравнения движения выводятся исходя из принципа наименьшего действия , на инстантонах действие поля принимает наименьшее значение. С другой стороны, в функциональном интеграле , который описывает вероятность распада, действие стоит в показателе быстро осциллирующей экспоненты — следовательно, инстантоны будут давать наибольший вклад в эту вероятность.
Эксперимент был проведен с использованием переохлажденного газа изотопов натрия-23, который при температуре менее одного микрокельвина обретает свойства сверхтекучей жидкости. В эксперименте ученые использовали ферромагнитный атомный конденсат Бозе-Эйнштейна, где ложный и истинный вакуум соответствовали локальному и глобальному минимумам энергии.
Результаты наблюдений согласуются с численными моделями и подтверждают квантово-механическую природу распада, демонстрируя, что атомные сверхтекучие жидкости являются идеальным инструментом для исследования явлений неравновесного квантового поля. Бозе-конденсат — это особое состояние материи, возникающее при охлаждении бозонов почти до абсолютного нуля.
Первый случай отвечает минимальному энергетическому состоянию хиггсовского поля, тогда как для второго существует отличная от нуля вероятность перехода в более глубокий, в частности, истинный вакуум. Представленное Kurzgesagt видео посвящено второй ситуации.
Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
Сложность вызова события, обладающего достаточно высокой энергией для инициирования распада вакуума, обусловлена высотой потенциального барьера между ложным и истинным вакуумом. Открытие исследователей: проблема ложного вакуума доказана на практике Международная группа ученых достигла прорыва в изучении распада ложного вакуума, что было подтверждено экспериментально. Международная группа ученых впервые экспериментально подтвердила процесс распада ложного вакуума, что стало значительным прорывом в области квантовой физики. Подробнее про распад ложного вакуума можно прочитать в материале "Из пустого в порожнее", а также в новостях "Излучение Хокинга спасло Вселенную от распада ложного вакуума" и "Физик уточнил скорость распада ложного вакуума". изучить квазиклассический метод вычисления вероятности распада ложного вакуума с помощью отскокового решения. Физики увидели распад ложного вакуума Итальянские физики зарегистрировали распад ложного вакуума в ферромагнитной сверхтекучей жидкости.
Физики из Кембриджского университета впервые смоделировали распад ложного вакуума
Релятивистская квантовая механика описывает атомы с помощью уравнения Дирака , которое обобщает уравнение Шредингера на случай больших скоростей частиц. После этого ядро может воспользоваться тем, что спектр уравнения Дирака не ограничен снизу, то есть в нем существуют уровни с отрицательной энергией электронов. Обычно эти уровни заполнены и образуют так называемое море Дирака. Если энергия "связанного состояния" попадет в резонанс с отрицательной энергией электронных уровней, то ион сможет захватить два "морских" электрона, попутно испуская два позитрона. Такой процесс можно интерпретировать как распад старого нейтрального вакуума и образование нового вакуумного состояния с ненулевым электрическим зарядом подчеркнем, что такой распад вакуума не имеет ничего общего с распадом ложного вакуума. Впервые такой "распад нейтрального вакуума" в 1969 году теоретически обнаружили Семен Герштейн и Яков Зельдович. К сожалению, на практике распад нейтрального вакуума увидеть до сих пор не удалось. Поэтому до сих пор физики не смогли проверить на практике предсказания теоретиков. Тем не менее, группа ученых под руководством Владимира Шабаева придумала способ, с помощью которого можно очистить позитроны, сопровождающие распад вакуума, от фоновых загрязнений.
Если - да, тогда в принципе не исключен вариант, когда наш "ложный" вакуум перейдет в "истинный". Это напоминает пузырек воздуха в кипящем чайнике. Во Вселенной где-то случайно образуется пузырек, внутри которого истинный вакуум. Пузырек расширяется, его стенки летят со скоростью света и наконец, лопается. И этот истинный вакуум заполняет все пространство. Но вероятность образования такого пузырька, согласно Стандартной модели, мизерна. Для этого потребуется время на много порядков большее, чем время жизни Вселенной. Число с сотней нулей лет. То есть теоретическая возможность распада ложного вакуума в истинный есть, но реально это займет астрономическое время. Так что бояться тут нечего. Кстати, все это вовсе не откровение, а давно известно науке. Почему именно сейчас это всплыло и стало сенсацией, мне трудно сказать.
Результаты эксперимента соответствовали численным моделям и подтверждали квантово-механическую природу распада ложного вакуума. Ученые отмечают, что атомные сверхтекучие жидкости представляют идеальную платформу для изучения неравновесного квантового поля. Бозе-конденсат, в котором наблюдались эти явления, возникает при охлаждении бозонов, таких как атомы, почти до абсолютного нуля. Это состояние материи позволяет частицам находиться в одном квантовом состоянии и создает квантовые эффекты, включая сверхтекучесть - способность жидкости протекать без трения через узкие преграды.
Главный редактор Панина Елена Валерьевна. Редактор сайта Кузнецов Николай Владимирович. Для детей старше 16 лет.