Британские физики впервые смогли воспроизвести процесс распада «ложного вакуума» при помощи квантового симулятора. Сложность вызова события, обладающего достаточно высокой энергией для инициирования распада вакуума, обусловлена высотой потенциального барьера между ложным и истинным вакуумом. Однако существует и некоторый скептицизм относительно того, что такие процессы действительно могут инициировать распад вакуума. Смотрите видео на тему «распад ложного вакума» в TikTok (тикток).
Как Вселенная разрушится от распада вакуума?
Почему ученые не понимают, с чем они столкнулись? Ложный и истинный вакуум в эксперименте представляли собой локальный и глобальный минимумы энергии ферромагнитного атомного конденсата Бозе-Эйнштейна. Читайте также: «Ростех» запустил производство двигателей для дронов 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.
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.
При этом энергия столкновений ограничена снизу энергией "лобового" столкновения, что, в свою очередь, накладывает ограничения на скорость ионов.
Во-вторых, физики работали в монопольном приближении, то есть заменили два иона на единственный сферически симметричный монополь. Это позволило им рассматривать одну волновую функцию электрона вместо двух. Наконец, сначала исследователи рассмотрели более простой случай одинаковых ионов, а потом обобщили результат на случай произвольных зарядов. В результате ученые выяснили, как вероятность рождения электрон-позитронных пар зависит от относительной скорости ионов. Однако при повышении суммарного заряда пары ионов график вероятности начинал резко загибаться вверх при низких значениях энергии, которые отвечали "почти лобовым" столкновениям. Чтобы увидеть это загибание, ученые проверили, как производная вероятности рождения пар зависит от суммарного заряда ионов. Другими словами, при таких зарядах зависимость перестает быть монотонной, в ней появляется минимум. Следовательно, вероятность рождения электрон-позитронной пары при "почти лобовом" столкновении можно использовать как индикатор распада.
Такое состояние стабильно в течение определённого времени метастабильно , но может « туннелировать » в состояние истинного вакуума. В одной из гипотез « раздувающейся Вселенной » из ложного вакуума вскоре после появления Вселенной могла образоваться не одна, а множество метагалактик в том числе и наша [2] , в таком случае Большой взрыв — переход ложного вакуума в обычный [3]. Оценка времени жизни метастабильного вакуума в Стандартной модели для наблюдаемой Вселенной лежит в диапазоне от 1058 до 10241 лет ввиду неопределённостей в параметрах частиц, главным образом в массах топ-кварка и бозона Хиггса [4] По теории, между зонами истинного и ложного вакуума должна быть промежуточная зона, в которой ложный вакуум становится истинным [5].
Ложный вакуум - Как пустота может уничтожить Вселенную в любую секунду
Физики увидели распад ложного вакуума в ферромагнитных сверхтекучих жидкостях. Хотя концепция ложного вакуума была предложена для описания только переходного периода до Большого взрыва, недавние исследования в области поля Хиггса (квантовое силовое поле, обнаруживаемое ускорителем частиц ЦЕРН) предполагают. С такого пузыря начинается квантовый распад ложного вакуума в теориях с неравноправными вакуумами. Переход между ложным вакуумом и истинным затруднен из-за высокого энергетического барьера, однако может происходить квантовомеханическое туннелирование из одного состояния в другое. NP: процесс распада ложного вакуума впервые наблюдали в бозе-конденсатеИзображение: Nature Physics (2024) / дународная группа ученых получила первые экспериментальные доказательства распада ложного вакуума. Результаты исследования.
Вакуумный распад: конец света уже наступил?
Автор ролика рассказывает о распаде ложного вакуума, как о спонтанном процессе, который может происходить как мгновенно так и постепенно. Возможно, мы застанем распад ложного вакуума. Некоторые теоретики предсказывают, что в определенных ситуациях распад ложного вакуума может ускоряться. 3. Vacuum Catastrophe (распад ложного вакуума). Вполне возможно, что наш вакуум — ложный, то есть наша пустота не является низшим состоянием вакуума (в энергетическом смысле). То есть теоретическая возможность распада ложного вакуума в истинный есть, но реально это займет астрономическое время. Многие российские СМИ дали новости вроде «Физики увидели распад ложного вакуума».
Nature Physics: ученые получили доказательства распада ложного вакуума
Но вот может ли существовать на самом деле истинный вакуум с его наименьшей энергией, пока ученые сказать не могут. Дело в том, что мы не знаем точно массы многих элементарных частиц. Отсюда и неопределенность в расчетах Стандартной модели. Как только удастся определить массы с высокой точностью, станет ясно, возможен ли второй вид вакуума, "истинный". 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.
Гипотезы, гипотезы … В одной из гипотез из ложного вакуума может и могло? Ну а если существует Мультивселенная, в Параллельных Мирах которой одновременно существует и наше настоящее и прошлое и будущее? Какой же «здесь» конец Вселенной которой?
Ложный вакуум в квантовой теории поля — это состояние с низким уровнем энергии, которое считается относительно стабильным, но способно переходить в состояние истинного вакуума с еще более низким уровнем энергии. Такой переход обычно осложнен высоким энергетическим барьером, но возможен благодаря квантовомеханическому туннелированию, в результате которого в ложном вакууме появляются пузырьки истинного вакуума. 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.
Волны в этих квантовых полях, известные как возбуждения, — это то, что мы наблюдаем как частицы. Такие, как фотоны и электроны. Для любой фундаментальной силы или частицы существует соответствующее квантовое поле. Например, два электрона, сталкивающиеся и рассеивающие друг друга, можно представить как две волны в квантовом поле электрона, обменивающиеся фотоном. Который сам является волной в электромагнитном квантовом поле. Важно отметить, что существует также энергия, связанная с отсутствием возбуждений в квантовом поле — так называемая энергия нулевой точки, которая обычно, все же, не равна нулю. Знаменитым примером влияния этой нулевой энергии является эффект Казимира, когда две металлические пластины, разделенные чрезвычайно маленьким зазором, притягиваются друг к другу за счет разницы в «давлении» вакуума между пластинами, и «давлении» на их внешних сторонах. Нулевые точки большинства известных квантовых полей оставались постоянными с тех пор, как впервые разделились вместе с фундаментальными силами в остывающей молодой Вселенной. Эти поля называются стабильными, поскольку их нулевые точки не могут стать другими. Однако есть некоторые признаки того, что для одного из полей это может быть вовсе не так. Поле Хиггса Существование поля Хиггса было подтверждено открытием связанной с ним частицы, бозона Хиггса, в 2012 году. Оно связано с массой частиц. Условно говоря, массу можно рассматривать как «заряд» по отношению к полю Хиггса так же, как электрический заряд связан с электромагнитным полем. Хотя энергия нулевой точки большинства полей не равна нулю, ее обычно можно безопасно игнорировать и рассматривать как нулевую в процессе, называемом перенормировкой. Однако для поля Хиггса это невозможно. Некоторые считают этот факт признаком того, что поле Хиггса не является стабильным, как другие квантовые поля. А на самом деле оно просто метастабильно. То есть при фазовом переходе, который привел к отделению поля Хиггса, оно застряло со своей псевдонулевой энергией на локальном энергетическом минимуме. А не на истинном глобальном минимуме. Это похоже на то, как мяч, катящийся с холма, зацепляется за выступ, вместо того, чтобы пролететь полностью весь склон.
Распад ложного вакуума: вводный обзор
При нарушении тонкого баланса между квантовыми частицами поле Хиггса вырвалось бы из ложного вакуума, порождая по всей Вселенной эффект домино под названием распад вакуума. Распад ложного вакуума. Однако количественный анализ распада ложного вакуума сопряжен с большой неопределенностью. Из множества альтернативных вариантов конца Вселенной ничто не может быть таким страшным, как “распад ложного вакуума”. Результаты экспериментов соответствовали численным моделям и подтверждали, что распад ложного вакуума имеет квантово-механическую природу. Видео: YouTube/Kurzgesagt Ученые наглядно показали, как распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную.
Распад ложного вакуума
Впервые получены доказательства распада ложного вакуума24. 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.
Теперь самый важный момент. Два «вакуума» теперь разные. Тот, который поглубже, — истинный вакуум — отвечает минимальной плотности энергии, и он вечен. Тот, который повыше, — ложный вакуум — не совсем стабилен. До поры до времени он может выглядеть как нормальный вакуум, и в нём тоже могут летать частицы, происходить взаимодействия и образовываться звезды и планеты. Но всегда существует вероятность, что этот вакуум «сломается», что он протуннелирует в более стабильный истинный вакуум. Этот квантовый распад вакуума выглядит так. В какой-то момент во Вселенной, находящейся в состоянии «ложного вакуума», появляется пузырь истинного вакуума рис. Переход между областью истинного и ложного вакуума не может быть разрывным, теория такой возможности не допускает. Поэтому имеется тонкая промежуточная зона стенка пузыря , в которой хиггсовское поле плавно переходит от одного вакуума в другой, преодолевая по пути потенциальный барьер. Если этот пузырь энергетически выгоден, то он начнет расширяться, вначале медленно, но затем разгонится до скорости света. При таком переходе свойства частиц резко изменятся, а во Вселенной выделится много дополнительный энергии, которая была раньше запасена в ложном вакууме. Иными словами, последствия такого распада вакуума будут катастрофическими для любых структур, населявших «старую» Вселенную. Этот процесс во многом напоминает вскипание перегретой жидкости, только, разумеется, масштабы здесь не те. Пояснение насчет единиц измерения и размерностей. В результате длина выражается не в метрах, а в обратных энергетических единицах, например Дж—1 или эВ—1. Подсказка 1 Разумеется, честное полноценное решение представляет собой серьезную научную задачу. Однако очень грубую оценку времени жизни можно дать из довольно простых рассуждений, которые опираются на анализ размерностей. Подсказка 2 Рассмотрим неподвижный пузырь «истинного вакуума» радиуса R во Вселенной, находящейся в состоянии «ложного вакуума». Оценим полную энергию этого пузыря относительно ложного вакуума. Пузырь заполнен истинным вакуумом, который придает пузырю отрицательную энергию.
Не ругайтесь, пожалуйста. Напоминаем, что за ложный вызов модератора полагается наказание. По возможности добавляйте ссылки на достоверный источник перевода и на оригинал комикса. Управление сообществом.
Эффекты могут варьироваться от полного прекращения существующих фундаментальных сил , элементарных частиц и структур, составляющих их, до тонких изменений некоторых космологических параметров, в основном зависящих от разности потенциалов между истинным и ложным вакуумом. Некоторые сценарии ложного распада вакуума совместимы с выживанием таких структур, как галактики и звезды, или даже с биологической жизнью, в то время как другие предполагают полное разрушение барионной материи или даже немедленный гравитационный коллапс Вселенной, хотя в этом более крайнем случае вероятность образования «пузыря» образование может быть очень низким то есть распад ложного вакуума может быть невозможен. В статье Коулмана и де Луччиа, в которой предпринята попытка включить в эти теории простые гравитационные предположения, отмечалось, что если бы это было точным представлением природы, то результирующая Вселенная «внутри пузыря» в таком случае казалась бы чрезвычайно нестабильной и почти сразу свернуть: В общем, гравитация снижает вероятность распада вакуума; в крайнем случае очень небольшой разницы в плотности энергии он может даже стабилизировать ложный вакуум, полностью предотвращая распад вакуума. Мы считаем, что понимаем это. Чтобы вакуум распался, необходимо создать пузырь с нулевой полной энергией. В отсутствие гравитации это не проблема, независимо от того, насколько мала разница в плотности энергии; Все, что нужно сделать, - это сделать пузырек достаточно большим, и соотношение объема и поверхности сделает свою работу. Однако в присутствии гравитации отрицательная плотность энергии истинного вакуума искажает геометрию внутри пузыря, в результате чего при достаточно малой плотности энергии пузыря с достаточно большим отношением объема к поверхности не существует. Внутри пузыря влияние гравитации более драматично. Геометрия пространства-времени внутри пузыря - это геометрия пространства анти-де Ситтера, пространства , очень похожего на обычное пространство де Ситтера, за исключением того, что его группа симметрий O 3, 2 , а не O 4, 1. Хотя это пространство-время свободно от сингулярностей, оно нестабильно при малых возмущениях и неизбежно подвергается гравитационному коллапсу того же типа, что и конечное состояние сжимающейся вселенной Фридмана. Время, необходимое для коллапса внутренней вселенной, составляет порядка...
Ученые показали на видео процесс разрушения Вселенной из-за распада 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. Смотрите видео на тему «распад ложного вакума» в TikTok (тикток). Результаты экспериментов соответствовали численным моделям и подтверждали, что распад ложного вакуума имеет квантово-механическую природу. Международная группа ученых впервые экспериментально подтвердила процесс распада ложного вакуума, что стало значительным прорывом в области квантовой физики. NP: процесс распада ложного вакуума впервые наблюдали в бозе-конденсатеИзображение: Nature Physics (2024) / дународная группа ученых получила первые экспериментальные доказательства распада ложного вакуума. Результаты исследования.
Как Вселенная разрушится от распада вакуума?
NP: процесс распада ложного вакуума впервые наблюдали в бозе-конденсатеИзображение: Nature Physics (2024) / дународная группа ученых получила первые экспериментальные доказательства распада ложного вакуума. Результаты исследования. Видео: YouTube/Kurzgesagt Ученые наглядно показали, как распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную. Самым невероятным концом света стало бы уничтожение мира в результате распада ложного вакуума.