Переход между ложным вакуумом и истинным затруднен из-за высокого энергетического барьера, однако может происходить квантовомеханическое туннелирование из одного состояния в другое. Опубликовано в журнале Физика природы Полученные результаты дают экспериментальные доказательства образования пузырьков в результате ложного распада вакуума в квантовой системе. Произойти это должно не скоро, но, по мнению некоторых ученых, Вселенная может погибнуть «раньше срока» в результате одного из апокалипсисов, например, в результате распада ложного вакуума. На канале Kurzgesagt видеохостинга YouTube появился ролик, на котором ученые рассказали о возможном механизме уничтожения Вселенной, которое может произойти в результате распада ложного вакуума, передает
Физик уточнил скорость распада ложного вакуума
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". Открытие исследователей: проблема ложного вакуума доказана на практике Международная группа ученых достигла прорыва в изучении распада ложного вакуума, что было подтверждено экспериментально. Некоторые теоретики предсказывают, что в определенных ситуациях распад ложного вакуума может ускоряться.
Позитроны укажут на распад вакуума при столкновении тяжёлых ионов
Чтобы понять почему, стоит вспомнить, что такое ложный вакуум. Это чисто гипотетическое состояние в квантовой теории поля, причем многие люди, занимающиеся квантовой механикой, скептически оценивают саму возможность его существования, которое, предположительно, наблюдается в нашей Вселенной сейчас. Его отличие от истинного вакуума заключается в том, что в ложном вакууме энергия находится не на минимально возможном уровне, как в истинном, а на субминимальном. При распаде ложного вакуума минимальный энергетический уровень в вакууме для нашей Вселенной снизится. Согласно большинству расчетов по этой теме, такой распад ложного вакуума будет означать мгновенное исчезновение барионной материи. Есть небольшое число моделей, при которых такой распад не уничтожает сразу всю обычную материю, но вот жизнь нашего типа при этом все равно будет, мягко говоря, маловероятна. Иными словами, это событие почти наверняка означало бы мгновенное уничтожение всех земных наблюдателей. Поэтому реальная регистрация подобного распада маловероятна: если он все же случится, регистрировать будет некому.
Этот прорыв не только подтверждает теоретические предположения, основанные на теории инстантонов, но также открывает новые перспективы для исследования неравновесных квантовых полей. 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.
При этом до последнего времени было неизвестно, насколько оправдано такое приближение — другими словами, было неясно, насколько велика погрешность рассчитанной таким образом скорости распада. Цветом отмечена область интегрирования. Оказалось, что нижней границей, как и предполагалось, является результат Коулмена, в котором натяжение стенки минимально, а верхняя граница находится из предположения, что поле полностью протуннелировало из ложного вакуума в истинный. Каждое из неравенств ученый доказывал по-разному. Чтобы доказать первое утверждение, физик изменил потенциал поля специальным способом, добавив в него разрыв.
Пробный потенциал, сконструированный Брауном, и зависимость поля от расстояния до центра пузырька в таком потенциале. D Кроме того, теоретик обобщил эти результаты, включив в рассмотрение гравитацию, то есть предполагая, что энергия поля искривляет пространство-время. В этом случае скорость распада зависит не от разности уровней ложного и истинного вакуума, но от каждого из значений по отдельности. Доказательство в данном случае также разбивается на рассмотрение двух частных случаев, в одном из которых изменение энергии при образовании пузырька неограниченно растет при увеличении радиуса пузырька, а в другом — неограниченно снижается. Изменение действия при создании пузырька в зависимости от его радиуса: два принципиально различных случая. Зависимость для изменения энергии выглядит аналогично.
Инфляция Ряд теорий предполагает, что космическая инфляция может быть результатом распада ложного вакуума в истинный вакуум. Будущий электрон-позитронный коллайдер сможет обеспечить точные измерения верхнего кварка, необходимые для таких вычислений. Теория хаотической инфляции предполагает, что Вселенная может находиться либо в ложном вакууме, либо в истинном вакууме.
Алан Гут в своем первоначальном предложении о космической инфляции предположил, что инфляция может прекратиться посредством квантово-механического зарождения пузырьков, описанного выше. Историю теории хаотической инфляции. Вскоре стало понятно, что однородная и изотропная Вселенная не может быть сохранена с помощью бурного процесса туннелирования. Это привело к тому, что Андрей Линде и независимо друг от друга Андреас Альбрехт и Пол Стейнхардт предложили «новую инфляцию» или «инфляцию с медленным вращением», при которой туннелирование не происходит, а инфляционное скалярное поле вместо этого отображается как пологий наклон. В 2014 году исследователи из Китайской академии наук Ухань Институт физики и математики предположил, что Вселенная могла спонтанно создана из ничего нет пространства , времени , ни материи по квантовым флуктуациям метастабильного ложного вакуума вызывает расширяющийся пузырь верно вакуум. Разновидности вакуумного распада Электрослабый вакуумный распад Стабильность электрослабого вакуума по оценкам 2012 г. Ландшафт устойчивости электрослабого вакуума по оценкам 2018 года. T RH - энергия великого объединения.
Физики из Британии впервые воспроизвели процесс распада «ложного вакуума»
Физики впервые наблюдали, как эти пузырьки образуются в квантовой системе, представляющей собой переохлажденный газ, состоящий из изотопов натрия-23 и обладающим свойством сверхтекучей жидкости, при температуре менее одного микрокельвина. Ложный и истинный вакуум в эксперименте представляли собой локальный и глобальный минимумы энергии ферромагнитного атомного конденсата Бозе-Эйнштейна. 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.
Исследователи полагают, что наблюдаемый мир находится в истинном или ложном 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.
К тому же это событие, если вообще возможно, очень маловероятно. Ожидаемое минимальное время до него — десять миллиардов триллионов триллионов триллионов триллионов лет 10 в 58-й степени. Учитывая, что нынешний возраст наблюдаемой Вселенной примерно в триллион триллионов триллионов триллионов раз меньше, возможность такого события в ближайшее время не слишком велика. О чем же тогда пишут СМИ? Они пытаются, в меру сил и возможностей, описать научную работу, опубликованную в журнале Nature Physics впрочем, даже полное название журнала корректно смогли указать не все. Проблема в том, что она отнюдь не описывает ложный вакуум в квантовомеханическом смысле этого слова: авторы разбирают симуляционную модель перехода из состояния с одной минимальной энергией в состояние с чуть более низкой минимально возможной энергией. Для этого ученые из Италии провели эксперимент с образованием пузырьков в ферромагнитной сверхтекучей жидкости, где до массового образования пузырьков было метастабильное состояние с одной минимальной энергией, а после образования пузырьков наступило иное, но тоже стабильное состояние только с более низкой энергией. Опыт проходил в среде с температурами в районе долей градуса выше абсолютного нуля.
Поскольку рассчитать вероятность рождения электрон-позитронных пар на фоне движущихся ионов очень сложно даже численно, ученые сделали несколько приближений. Во-первых, ученые рассматривали столкновение ионов как классическое рассеяние Резерфорда , в ходе которого ионы приближаются друг к другу на заранее известное минимальное расстояние, отталкиваются и снова разлетаются на бесконечность. 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.
Журнал Forbes Kazakhstan
- Главные новости
- Виртуальный хостинг
- Распад ложного вакуума: вводный обзор: 2born — LiveJournal
- Впервые получены доказательства распада ложного вакуума
Публикации
- Публикации
- Физики из Кембриджского университета впервые смоделировали распад ложного вакуума
- Смерть Вселенной из-за распада вакуума показали на видео - Янтарный край
- Физики из Британии впервые воспроизвели процесс распада «ложного вакуума»
Распад ложного вакуума: вводный обзор
Самым невероятным концом света стало бы уничтожение мира в результате распада ложного вакуума. Ученые смоделировали гибель Вселенной, которую может вызвать распад ложного вакуума. Ложный вакуум (метастабильный вакуум[1]) — состояние в квантовой теории поля, которое не является состоянием с глобально минимальной энергией, а соответствует её локальному минимуму. Но чтоб ещё и ложный вакуум, и чтобы он ещё и распадался — до такого извращения даже мы не доходили. Переход между ложным вакуумом и истинным затруднен из-за высокого энергетического барьера, однако может происходить квантовомеханическое туннелирование из одного состояния в другое. Многие российские СМИ дали новости вроде «Физики увидели распад ложного вакуума».
Позитроны укажут на распад вакуума при столкновении тяжёлых ионов
Теперь международная исследовательская группа с участием ученых из университета Ньюкасла впервые наблюдала образование этих пузырьков в тщательно контролируемых атомных системах. Опубликовано в журнале Физика природы Полученные результаты дают экспериментальные доказательства образования пузырьков в результате ложного распада вакуума в квантовой системе. Полученные результаты подтверждаются как теоретическим моделированием, так и численными моделями, подтверждающими квантово-полевое происхождение распада и его термическую активацию, открывая путь к эмуляции неравновесных явлений квантового поля в атомных системах. В эксперименте используется переохлажденный газ при температуре менее микрокельвина одной миллионной доли градуса от абсолютного нуля. При такой температуре видно, что пузырьки появляются по мере распада вакуума, и профессор Ньюкаслского университета Ян Мосс и доктор Том Биллам смогли убедительно показать, что эти пузырьки являются результатом термически активированного распада вакуума.
Кстати, наш вакуум вполне вероятно тоже является ложным. Автор: Дмитрий Рудик.
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. Зависимость величины поля слева и энергии справа от расстояния до центра пузырька. Легко увидеть, что поле плавно переходит из истинного вакуума в ложный. Для этого Коулман использовал приближение тонкой стенки, в котором поле резко переходит из истинного вакуума внутри пузырька в ложный вакуум снаружи, то есть предполагал, что размеры переходной области много меньше размеров пузырька. При этом до последнего времени было неизвестно, насколько оправдано такое приближение — другими словами, было неясно, насколько велика погрешность рассчитанной таким образом скорости распада.
Цветом отмечена область интегрирования. Оказалось, что нижней границей, как и предполагалось, является результат Коулмена, в котором натяжение стенки минимально, а верхняя граница находится из предположения, что поле полностью протуннелировало из ложного вакуума в истинный.
Редактор сайта Кузнецов Николай Владимирович. Для детей старше 16 лет. Адрес электронной почты редакции: tsi udmtv.
Журнал Forbes Kazakhstan
- Курсы валюты:
- Как Вселенная разрушится от распада вакуума?
- Впервые в астрономии была замечена старейшая известная спиральная галактика с водоемообразной рябью
- Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
Физики увидели распад ложного вакуума
| Новое решение парадокса Ферми (почему мы одиноки во Вселенной) / Хабр | 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. |
| Вакуумный распад: конец света уже наступил? | Некоторые теоретики предсказывают, что в определенных ситуациях распад ложного вакуума может ускоряться. |
| Исследователи изучают пузыри ничего, которые могли бы уничтожить Вселенную | Пузырение: в лаборатории квантовых газов в Тренто команда создала сверхтекучую спиновую смесь атомов натрия в состоянии ложного вакуума (синий) и наблюдала и изучала ее распад до состояния истинного вакуума (красный) посредством образования спиновых пузырей. |
Распад вакуума уничтожит Вселенную
Недавно некоторые СМИ сообщили, что ученые впервые наблюдали распад ложного вакуума. Распад ложного вакуума — это физическое явление, способное уничтожить каждый атом во Вселенной. Однако количественный анализ распада ложного вакуума сопряжен с большой неопределенностью.
Открытие распада ложного вакуума: ученые получили доказательства
К сожалению, это были новости о событиях, которые не происходили. Чтобы понять почему, стоит вспомнить, что такое ложный вакуум. Это чисто гипотетическое состояние в квантовой теории поля, причем многие люди, занимающиеся квантовой механикой, скептически оценивают саму возможность его существования, которое, предположительно, наблюдается в нашей Вселенной сейчас. Его отличие от истинного вакуума заключается в том, что в ложном вакууме энергия находится не на минимально возможном уровне, как в истинном, а на субминимальном. При распаде ложного вакуума минимальный энергетический уровень в вакууме для нашей Вселенной снизится.
Согласно большинству расчетов по этой теме, такой распад ложного вакуума будет означать мгновенное исчезновение барионной материи. Есть небольшое число моделей, при которых такой распад не уничтожает сразу всю обычную материю, но вот жизнь нашего типа при этом все равно будет, мягко говоря, маловероятна. Базовое энергетическое состояние нашей Вселенной зависит от потенциала поля Хиггса. Если сейчас Вселенная находится в состоянии с минимальной возможной энергией что вполне вероятно , тогда вакуум в ней истинный, и она вполне стабильна.
Именно такую вселенную мне хочется рассмотреть. Давайте введем величину D doom factor , которая пропорциональная вероятности спонтанного распада вакуума. Астрономы сейчас поежились от использования светового года в качестве меры расстояния, вместо парсека, но в данном случае очень хочется измерять время и расстояние в «одинаковых» единицах. Обреченная Вселенная Итак, какова вероятность того, что мы останемся живы в такой Вселенной? Нужно оценить количество потециальных катастроф в прошлом, то есть в нашем past light cone. То есть вероятность того, что мы не погибли равна. Нас не должно это удивлять, в MWI ветви разделяются еще сильнее даже в рамках минут и секунд.
Тем не менее интересно проследить, а когда в среднем было последнее событие такого рода? Это можно сделать по формуле: Значение, которое мы получаем довольно странное для выбранного нами наобум D — около 100 миллионов лет. Впрочем, на самом деле это не удивительно, так как 4-объем конуса растет очень быстро к основанию. То есть опасность, которая нас подстерегает исходит не от случайно развалившегося 4 года назад вакуума в Альфа Центавра, а в том, что нас накроет волной разложения, которая дошла до нас из далеких глубин Вселенной. Насколько быстро мы разлагаемся? Для оценки возьмем производную n по t, и получим: Для нашего значения D величина n увеличивается на 0.
Примечательно, что видео показывает как может погибнуть мир в результате распада ложного вакуума. По мнению ученых, наблюдаемый мир находится в истинном или ложном вакуумном состоянии. В первом случае можно говорить о минимальном энергетическом состоянии хиггсовского поля.
На канале Kurzgesagt видеохостинга YouTube появился ролик, на котором ученые рассказали о возможном механизме уничтожения Вселенной, которое может произойти в результате распада ложного вакуума, сообщает Лента. Исследователи полагают, что наблюдаемый мир находится в истинном или ложном вакуумном состоянии.
Nature Physics: ученые получили доказательства распада ложного вакуума
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...
Материалы по теме: Игрушка дьяволаНовая частица из коллайдера грозит уничтожить всю физику2 ноября 2018 На Большом адронном коллайдере открыли новую форму материи. 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.
Энергия E выше, чем в состоянии истинного вакуума основное состояние , но потенциальный барьер препятствует переходу поля. 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].
Именно такой «исход событий» и представлен на видео, показывающем результат разрушения материи Вселенной. При этом астрофизики отмечают, что особо переживать по этому поводу не стоит: даже если Вселенную ждет именно такой исход, процесс займет слишком много времени, настолько много, что человечество может попросту не дожить до этого момента.