Возможно, мы застанем распад ложного вакуума. Самым невероятным концом света стало бы уничтожение мира в результате распада ложного вакуума. Международная группа ученых впервые экспериментально подтвердила процесс распада ложного вакуума, что стало значительным прорывом в области квантовой физики.
Как распад вакуума может уничтожить Вселенную
Опубликовано в журнале Физика природы Полученные результаты дают экспериментальные доказательства образования пузырьков в результате ложного распада вакуума в квантовой системе. Автор ролика рассказывает о распаде ложного вакуума, как о спонтанном процессе, который может происходить как мгновенно так и постепенно. С такого пузыря начинается квантовый распад ложного вакуума в теориях с неравноправными вакуумами. В глобальной паутине появился видеоролик, на котором сотрудники научного мира проинформировали о вероятном механизме уничтожения галактик Вселенной, что происходит в результате распада ложного вакуума.
Nature Physics: ученые получили доказательства распада ложного вакуума
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. Это значит, что десятки ваших дублей сейчас читают эту фразу. Должны существовать также области, истории которых в чем-то отличаются, реализуя все возможные вариации. Например, есть области, в которых изменена лишь кличка вашей собаки, а есть другие, где по Земле до сих пор ходят динозавры. Хотя, конечно, в большинстве областей нет ничего похожего на нашу Землю: ведь куда больше способов отличаться от нашего космоса, чем быть на него похожим. Эта картина может показаться несколько угнетающей, но ее очень трудно избежать, если признается теория инфляции. Но это необязательно должно быть так. Свойства нашего мира определяются набором чисел, называемых фундаментальными постоянными. Среди них Ньютонова гравитационная постоянная, массы элементарных частиц, их электрические заряды и тому подобное. Всего существует около 30 таких констант, и возникает вполне естественный вопрос: почему у них именно такие значения, которые есть?
Долгое время физики мечтали, что однажды смогут вывести значения констант из некой фундаментальной теории.
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, что мы все еще можем жить в ложном вакууме: то, что раньше считалось стабильным с наименьшей энергией состоянием поля Хиггса, может не являться состоянием с самой низкой энергией. 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.
В чистом виде распад ложного вакуума в основное состояние происходит за счет квантово-вакуумных флуктуаций. Более подробно про ложный вакуум читайте в нашем материале «Из пустого в порожнее». Группа физиков под руководством Габриэля Феррари G. 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.
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.
Физики показали гибель Вселенной вследствие распада вакуума - ГТРК Удмуртия
Был ли этот эксперимент оправдан, учитывая потенциальные риски? Физиков нельзя назвать самыми осторожными людьми, однако изучение сценариев типа «что, если» — это наш хлеб насущный, кроме того, возможность глубоко подумать о реальной физике, стоящей за гипотетической вероятностью всеобщего уничтожения, было бы очень жаль упускать. RHIC The Relativistic Heavy Ion Collider — это релятивистский коллайдер тяжелых ионов, предшественник БАК, расположенный в Брукхейвенской национальной лаборатории, который был предназначен для столкновения ядер тяжелых элементов вроде золота при высоких энергиях. Сам по себе этот новаторский эксперимент вызывал беспокойство по поводу непредвиденных последствий, которые могли представлять угрозу существованию планеты или Вселенной , и цель написания этой статьи заключалась в том, чтобы полностью исследовать и по возможности развеять эти опасения. Полученные результаты были обнадеживающими. Основываясь на теоретических соображениях, исследователи оценили возможность создания странной материи или черных дыр как крайне маловероятную. Кроме того, их выводы подкреплялись и экспериментальными данными, а именно существованием Луны. Аргументация в пользу любого потенциально разрушительного явления, порожденного коллайдером, основывается на идее о том, что столкновения частиц такой высокой энергии настолько беспрецедентны, что мы не можем предугадать их последствий. Однако при этом игнорируется важный факт: несмотря на то что уровни энергии, достигаемые на RHIC и БАК, непривычны для нас, жалких людишек, космические лучи, путешествующие по Вселенной, постоянно их достигают и сталкиваются между собой и с другими объектами.
На протяжении миллиардов лет по всей Вселенной происходили столкновения при гораздо более высоких энергиях, чем может обеспечить любой из наших коллайдеров, и если бы они могли привести к разрушению космоса, мы бы наверняка это заметили. Что если по всему космосу разбросаны скопления странной материи, а мы просто этого не знаем? Несмотря на то что в большинстве случаев частицы, произведенные в коллайдере, по нашему мнению, обладают остаточным импульсом, который позволяет им покинуть лабораторию сразу после возникновения, в ходе экспериментов мы вполне можем получить нечто опасное, способное задержаться в детекторе. Что тогда? К счастью, для исследования этих эффектов мы можем использовать Луну. Данные, полученные от наземных детекторов и космических телескопов, говорят о том, что высокоэнергетические космические лучи бомбардируют Луну постоянно. На самом деле, благодаря радиотелескопам мы можем использовать Луну даже в качестве детектора нейтрино, что само по себе довольно здорово. Если бы столкновения частиц высоких энергий могли превратить обычное вещество в странную материю, это уже давно произошло бы на Луне, и сейчас в небе мы бы видели совершенно другой объект.
Если бы на Луне образовалась крошечная черная дыра и поглотила ее, это также повлияло бы на вид ночного неба. Не говоря уже о том, что люди были на Луне, гуляли по поверхности, играли в гольф и привезли оттуда образцы грунта. Судя по всему, Луна прекрасно себя чувствует, поэтому авторы работы, посвященной RHIC, были уверены, что ускоритель не представляет для нас опасности. Правда, странная материя и черные дыры были не единственными сценариями апокалипсиса. Еще одно опасение, которое также удалось развеять путем наблюдения за высокоэнергетическими космическими лучами, заключалось в том, что столкновения частиц высоких энергий могут вызвать разрушительное для Вселенной квантовое событие под названием «распад вакуума». Эта идея основывается на гипотезе о том, что нашей Вселенной присуща некая фатальная нестабильность. Несмотря на то что такой сценарий может показаться пугающим, каким бы маловероятным он ни был, на момент ввода RHIC в эксплуатацию реальные доказательства существования такой нестабильности отсутствовали, поэтому данная возможность не рассматривалась всерьез. Однако все изменилось в 2012 году, когда с помощью ускорителя БАК был обнаружен бозон Хиггса.
Состояние Вселенной Вернейший способ заставить специалиста по физике элементарных частиц поморщиться — это назвать бозон Хиггса «частицей бога», как он известен широкой публике. Недовольство ученых по поводу этого высокопарного прозвища вызвано не только смешением науки и религии хотя некоторых именно это раздражает больше всего. Дело в том, что название «частица бога» ужасно неточное и, надо сказать, довольно дерзкое. Это не отменяет огромной важности бозона Хиггса для Стандартной модели физики элементарных частиц. Можно даже утверждать, что именно он является ключом к объединению всего остального. Однако центральную роль в работе физики элементарных частиц и в природе космоса играет поле Хиггса, а не частица. Если коротко, поле Хиггса представляет собой пронизывающее все пространство энергетическое поле, при взаимодействии с которым другие частицы обретают массу. Бозон Хиггса имеет такое же отношение к полю Хиггса, как фотон, переносчик электромагнитного взаимодействия и света , к электромагнитному полю, — это локализованное «возбуждение» чего-то, что пронизывает обширное пространство.
Более длинная версия этой истории имеет отношение к электрослабой теории, которая объединяет слабое взаимодействие с электричеством и магнетизмом, а также к разделению этих сил вследствие так называемого спонтанного нарушения симметрии. Здесь я вынуждена совершить над собой героическое усилие и вместо подробного описания квантовой теории поля ограничиться обсуждением нескольких ключевых вопросов. Однако имейте в виду, что если вы решите изучить математику, стоящую за всем этим, вы увидите, что все намного круче. Физика работает по-разному в зависимости от уровня энергии. Например, электромагнетизм и слабое взаимодействие проявляются как совершенно независимые феномены на тех уровнях энергии, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, однако в ранней Вселенной, для которой были характерны очень высокие уровни энергии, эти силы представляли собой аспекты одного и того же явления. Поле Хиггса играло важную роль во время этого переходного периода. Когда условия изменились, то же произошло и с законами физики. Во многом именно для этого мы и создаем ускорители частиц: чтобы воссоздать в небольшом пространстве внутри детекторов экстремальные условия, характерные для начальных стадий развития Вселенной, с помощью которых мы могли бы лучше понять основополагающие физические принципы, сводящие всё воедино.
Основная идея заключается в существовании некой всеобъемлющей математической теории, описывающей взаимодействия частиц при всех возможных условиях, и последовательное проведение их столкновений позволяет нам получить более полное представление об этой всеобъемлющей структуре. В качестве аналогии можно привести воду. На самом фундаментальном уровне она представляет собой набор молекул, состоящих из определенным образом связанных атомов водорода и кислорода. Но в повседневной жизни мы воспринимаем воду в качестве однородной бесцветной жидкости, кристаллического твердого вещества, а в особенно тяжелые времена — в качестве удушающего влажного тумана, который заставляет вас мечтать об одежде, сшитой из полотенец. Изучая поведение воды в этих различных состояниях, мы можем сделать выводы о том, что она на самом деле собой представляет, даже если у нас под рукой нет мощных микроскопов, позволяющих рассмотреть отдельные атомы. Например, форма снежинки может многое рассказать нам о форме молекул, если мы посмотрим, как они организуются в кристаллы. То, как вода испаряется, кое-что говорит нам о связях, которые удерживают молекулы вместе. Если бы мы имели дело с водой лишь в одном из ее агрегатных состояний, мы не смогли бы составить о ней полного впечатления.
Точно так же наше представление о взаимодействиях субатомных частиц меняется в зависимости от уровня энергии или температуры во время эксперимента, варьирование которых позволяет нам лучше понять, что с ними на самом деле происходит. В физике элементарных частиц нас интересует, как частицы взаимодействуют друг с другом и чем обусловлены их фундаментальные свойства, такие как масса. Характерная особенность любой частицы, обладающей массой, состоит в том, что она не может ускориться без применения силы и не способна достичь скорости света. На самых ранних этапах существования Вселенной поле Хиггса подверглось изменению, в результате которого электрослабое взаимодействие разделилось на электромагнетизм и слабое ядерное взаимодействие, и некоторые частицы правда, не фотон и не глюон получили возможность взаимодействовать с самим полем Хиггса. Интенсивность этого взаимодействия определяет массу частицы. Фотон продолжает путешествовать в пространстве со скоростью света, а частицы, обладающие массой, движутся тем медленнее, чем более сильное воздействие они испытывают со стороны поля Хиггса. Сравнивать поведение частиц в условиях ранней Вселенной с их текущим поведением все равно что сравнивать собственное взаимодействие с паром и жидкой водой. Представьте, что пар — это поле Хиггса, то есть энергетическое поле, присутствующее в каждой точке пространства.
А теперь представьте, что в какой-то момент поле Хиггса претерпело изменение, подобное конденсации пара в жидкую воду. Если вы привыкли иметь дело лишь с влажным воздухом, то пребывание в бассейне с водой станет для вас совершенно новым опытом. В результате внезапного изменения поля Хиггса сами законы физики как бы приобрели совершенно иную форму. Внезапно частицы, которые до этого могли беспрепятственно перемещаться в пространстве со скоростью света, замедлились под действием поля Хиггса, то есть обрели массу. Этот процесс получил название «нарушение электрослабой симметрии». Пугливая симметрия Симметрия — это тонкое, абстрактное понятие, чрезвычайно трудно объяснимое без уравнений, но настолько важное для физики, что я не могу просто отмахнуться от него. Симметрия имеет ключевое значение как для описания существующих, так и для разработки новых теорий природы. Если в ходе размышлений о мире вы привыкли использовать управляющие им математические уравнения, вас, вероятно, не удивит идея описания теорий в терминах симметрий, которым они подчиняются.
В противном случае все это может показаться вам сущей тарабарщиной. Итак, давайте сделаем небольшой экскурс в эту тему, поскольку симметрия представляет собой нечто невероятно красивое, и как только вы узнаете о ней подробнее, вы начнете замечать ее повсюду. Симметрия не сводится к зеркальному отражению чего бы то ни было. В физике огромную роль играют закономерности и то, как они позволяют нам получить более глубокое понимание некоторой основополагающей структуры. Возьмем, к примеру, периодическую таблицу элементов. Почему элементы организованы в строки и столбцы? Если вы изучали химию, вы знаете, что в столбцах сгруппированы элементы, имеющие общие свойства. Например, благородные газы, перечисленные в крайнем правом столбце, не склонны к участию в химических реакциях, тогда как находящиеся рядом с ними галогены отличаются высокой химической активностью.
Эти закономерности обнаружились еще до того, как таблица была заполнена. На самом деле ее создатель Дмитрий Менделеев даже оставил пробелы для еще не открытых элементов, которые, как он знал, должны существовать, исходя из выявленных им закономерностей. Закономерности в периодической таблице позволили теоретически обосновать заполнение электронных орбиталей, что привело к открытиям, имеющим отношение к фундаментальной природе субатомных частиц. Разработка теорий всегда начиналась с выявления закономерностей в результатах наблюдений, после чего ученые приступали к поиску скрытых свойств, способных объяснить наблюдаемое явление. Все мы постоянно это делаем, даже если не отдаем себе отчета. Понаблюдав за дорожным движением в течение дня, вы можете сделать выводы о стандартном рабочем графике. По выцветшим местам ковра вы можете судить о том, какие части комнаты получают больше всего солнечного света а также о том, как Земля ориентирована относительно Солнца. В случае с физикой элементарных частиц использование симметрии во многом напоминает создание периодических таблиц, но для более мелких компонентов природы.
Сходство между частицами, например, в плане заряда, массы или спина, может многое рассказать нам об особенностях их формирования и связях с фундаментальными взаимодействиями. Организация частиц с учетом их сходства позволяет физикам выявлять симметрии, которые могут оказаться основополагающими для целых теорий. Иногда эти закономерности легче всего представить математически. Если вы обнаружите, что в уравнении, описывающем некий физический процесс, можно поменять местами несколько переменных, не повлияв на описываемое явление, значит, вы обнаружили математическую симметрию.
Вакуум в квантовой теории поля отвечает состоянию системы с минимально возможной энергией. Все физические процессы в таком мире происходят с энергиями, превышающими это принимаемое за нулевое значение. Между тем не исключено, что Вселенная или ее наблюдаемая часть находится в метастабильном, или ложном, вакууме. Это означает, что существует еще более выгодное энергетическое положение, в которое может эволюционировать Вселенная — истинный вакуум. Количественное описание перехода системы из ложного вакуума в истинный впервые предложили в 1970-х годах советские физики. Почти в то же время эти вопросы привлекли внимание американских ученых. К настоящему времени разработан математический аппарат, позволяющий оценить вероятность туннелирования системы из первоначального, метастабильного состояния во второе, более устойчивое. Во многом он основан на статистической физике и квантовой теории поля, составляющими основу так называемого формализма космологических пузырей. В таком подходе считается, что наблюдаемый мир существует в ложном вакууме. Это состояние, скорее всего, носит метастабильный характер — вся Вселенная или та ее часть, которую видит человек, может находиться в стабильном состоянии огромный по космологическим масштабам промежуток времени, который, однако, конечен. Внутри пузыря ложного вакуума может возникнуть пузырь истинного вакуума.
Кроме того, ученый обобщил этот результат, включив в рассмотрение гравитацию — оказалось, что в этом случае нижняя граница исчезает, однако верхняя выглядит так же, как и в случае плоского пространства. Статья опубликована в Physical Review D. В квантовой теории поля частицы представляют собой колебания полей, которые отсчитываются от некоторого состояния с наименьшей возможной энергией, называемого вакуумом. Эти поля пронизывают все пространство Вселенной, так что назвать ее абсолютно пустой нельзя. Для большинства полей Стандартной модели потенциал устроен таким образом, что полю энергетически выгодно скатиться в нулевое состояние — качественно такой потенциал выглядит как ямка, которая симметрична относительно оси, проходящей через начало координат. Однако для поля Хиггса это не так: его потенциал напоминает скорее «мексиканскую шляпу», чем «ямку», и более выгодным становится отличное от нуля положение. В результате все пространство оказывается пронизано полем постоянной напряженности, которое мешает частицам ускоряться и придает им массу. Потенциал типа «ямка» слева и типа «мексиканская шляпа» справа Более того, по современным представлениям на больших энергиях потенциал поля Хиггса снова загибается вниз, чтобы образовать вторую ямку, расположенную ниже той ямки, в которой мы живем. 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.
Но если дело происходит на третьем этаже, есть нюанс. Уровень, в котором оказалась гиря — отнюдь не самый низкий в доме. Просто она не смогла пробить пол и добраться до второго этажа, не говоря уж о первом. Самый глубокий минимум энергии поля называется истинным вакуумом. В нашей аналогии это уровень земли. Все остальные минимумы, если они есть пол на верхних этажах — ложные вакуумы. До поры до времени ложный вакуум ведет себя как истинный. Жить на третьем этаже так же комфортно, как и на первом. А если никогда не покидать квартиры и не смотреть в окна, можно и не узнать, на каком этаже живешь. Вселенная — огромный дом без окон и дверей.
Ученые получают доказательства распада ложного вакуума
Поэтому теория струн так популярна. Согласно этой математике, пузыри ничего не будут образовываться в четырехмерном пространстве-времени. Их место только в «неровном» многомерном пространстве-времени. Другими словами, как замечает чешский теоретик струн Лубос Мотл, пузырь из ничего не опасен, потому что, если это должно было случиться, это должно было уже случиться. Таким образом, нам не нужно беспокоиться о том, что пузырь ничего поглотит все пространство-время. Но если вам интересно, как выглядела Вселенная до Большого взрыва, то, безусловно, стоит изучить теорию пузырей ничего внимательнее. Вот если в Чёрной дыре случится полный П, то тогда будет пузырь, он схлопнет всё и сразу, может начнётся новый Взрыв, может нет - хз. Москва, Большой Саввинский пер.
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. Ян Мосс, профессор теоретической космологии в Школе математики, статистики и физики Университета Ньюкасла, сказал: "Считается, что распад вакуума играет центральную роль в создании пространства, времени и материи в результате Большого взрыва, но до сих пор не было проведено экспериментальной проверки. Это исследование открывает новые возможности в понимании ранней Вселенной, а также ферромагнитных квантовых фазовых переходов. Этот новаторский эксперимент - только первый шаг в изучении распада вакуума.
Исследователи высказали гипотезу, что весь существующий мир имеет два вакуумных состояния: истинное и ложное. В первом случае есть минимальное электрическое поле, которое не может разрушить Вселенную. А при развитии второго варианта будет происходить переход в глубокий, а может даже, истинный вакуум.
Таким будущим человечество не раз пугали ученые, в частности философ Ник Бостром, автор работы «Живете ли вы в компьютерной симуляции? Насколько опасен истинный вакуум для жизни на Земле — в материале «Ленты. Вакуум в квантовой теории поля отвечает состоянию системы с минимально возможной энергией. Все физические процессы в таком мире происходят с энергиями, превышающими это принимаемое за нулевое значение. Между тем не исключено, что Вселенная или ее наблюдаемая часть находится в метастабильном, или ложном, вакууме. Это означает, что существует еще более выгодное энергетическое положение, в которое может эволюционировать Вселенная — истинный вакуум.
VISTA рекомендует
- Ученые получают доказательства распада ложного вакуума
- В центре нашей Галактики подтверждено существование Х-образной структуры
- В центре нашей Галактики подтверждено существование Х-образной структуры
- Распад вакуума
Физик уточнил скорость распада ложного вакуума
• Распад ложного вакуума может произойти из-за квантового туннелирования или катастрофического события. Физики увидели распад ложного вакуума Итальянские физики зарегистрировали распад ложного вакуума в ферромагнитной сверхтекучей жидкости. 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. В случае ложного вакуума вероятность того, что большая область пространства туннелирует в состояние истинного вакуума, совершенно ничтожна.
Как распад вакуума может уничтожить Вселенную
Фото из открытых источников Англо-итальянская команда учёных достигла значительного прогресса в изучении явления распада ложного вакуума. Сложность вызова события, обладающего достаточно высокой энергией для инициирования распада вакуума, обусловлена высотой потенциального барьера между ложным и истинным вакуумом. Некоторые учёные придерживаются мнения, что бозон Хиггса может находиться не в истинном состоянии вакуума, а в ложном. Гибель Вселенной может наступить из-за распада так называемого ложного вакуума, гласит одна из научных теорий.
Курсы валюты:
- Журнал Forbes Kazakhstan
- Главные новости
- Впервые получены доказательства распада ложного вакуума - Hi-Tech
- Распад ложного вакуума
Распад ложного вакуума
Большой разрыв. Похожий сценарий приводит к гораздо более драматичной смерти, причём гораздо раньше. В этой модели тёмная энергия ускоряет расширение Вселенной экспоненциально, в конечном итоге разрывая на части саму материю. Большое сжатие. По этому сценарию расширение Вселенной со временем меняется на сжатие, и Вселенная коллапсирует, а в итоге схлопывается обратно в сингулярность. Это возможно, если плотность материи в космосе достаточно высока. Тогда её гравитация может преодолеть расширение.
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.
Физики измеряли профили намагниченности системы в зависимости от времени и наблюдали ее пузырьковообразный переход в глобальный минимум по энергии. Времена распадов ложного вакуума в сравнении с теорией инстантонов. Компьютерное моделирование совпало с экспериментальными результатами, что по мнению ученых доказывает наблюдение распада ложного вакуума в истинный.
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, что мы все еще можем жить в ложном вакууме: то, что раньше считалось стабильным с наименьшей энергией состоянием поля Хиггса, может не являться состоянием с самой низкой энергией. 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.
Пузыри смерти или Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
Этот эксперимент демонстрирует возможность исследования распада ложного вакуума и его последствий для физики и космологии в контролируемых атомных системах. Ученые считают, что Вселенная может быть разрушена с помощью распада ложного вакуума, который находится в космическом пространстве. Уже примерно неделю замечаю в СМИ новости про физиков, которые «увидели распад ложного вакуума». Этот эксперимент демонстрирует возможность исследования распада ложного вакуума и его последствий для физики и космологии в контролируемых атомных системах. Возможно, мы застанем распад ложного вакуума. Сложность вызова события, обладающего достаточно высокой энергией для инициирования распада вакуума, обусловлена высотой потенциального барьера между ложным и истинным вакуумом.
Вакуумный распад: конец света уже наступил?
Ну а если существует Мультивселенная, в Параллельных Мирах которой одновременно существует и наше настоящее и прошлое и будущее? Какой же «здесь» конец Вселенной которой? Подходит для оперирования кротовой норой, технологий для покрытия космических далей.
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. Согласно этой математике, пузыри ничего не будут образовываться в четырехмерном пространстве-времени.
Исходя из соображений размерности, оцените коэффициент поверхностного натяжения стенки в этой задачи. После этого найдите критический размер пузыря, который должен появиться где-нибудь во Вселенной, чтобы с него начался распад вакуума. На последнем шаге постарайтесь понять, как вероятность появления такого пузыря во Вселенной зависит от его размера. Затем подставьте найденный размер и получите ответ. Решение Шаг 1. Полная энергия тонкостенного пузыря радиуса R равна Критический размер пузыря, с которого начнется распад вакуума во всей Вселенной, вычисляется так же, как и критический размер пузырька пара для начала кипения перегретой жидкости. Надо лишь, чтобы полная энергия этого пузыря была отрицательной. Вообще, оценки на основе размерностей работают тогда, когда в задаче не возникает безразмерного параметра.
Но на помощь тут приходит дополнительный физический аргумент. Действительно, поверхностное натяжение возникает тут, потому что хиггсовское поле «переваливает через гору». Отсюда получаем, что критический размер пузыря по порядку величины равен Шаг 2. Теперь надо получить вероятность возникновения такого пузыря во Вселенной. Такой размер выбран не случайно: по соотношению неопределенности, на таком размере могут происходить квантовые флуктуации с энергиями порядка v. Иными словами, в таком объемчике хиггсовское поле легко скачет туда-сюда, и может, в частности, перевалить через потенциальную гору. Ясно, что эта вероятность большая. В этом пузыре имеется маленьких объемчиков, и каждый из них перепрыгивает независимо с вероятностью p.
Значит, вероятность того, что все они сразу перепрыгнут, равна причем численным коэффициентом q, который порядка единицы, мы тут пренебрегли. Теперь учтем размеры видимой части Вселенной, радиус которой обозначим через RU. Поэтому если ждать очень долго и смотреть на всю Вселенную в целом, то рано или поздно это где-то случится. В принципе, это уже и есть искомый ответ. Но тут полезно еще сказать вот что.
Редактор сайта Кузнецов Николай Владимирович.
Для детей старше 16 лет. Адрес электронной почты редакции: tsi udmtv.
Итальянские физики смоделировали и экспериментально подтвердили возможность распада ложного вакуума
Международная группа ученых продемонстрировала первые экспериментальные доказательства распада ложного вакуума, используя квантовомеханическую систему, состоящую из сверхохлажденного газа изотопов натрия-23. Если это ложный вакуум, то его самопроизвольный распад произойдет намного позже естественной смерти Солнца. Опубликовано в журнале Физика природы Полученные результаты дают экспериментальные доказательства образования пузырьков в результате ложного распада вакуума в квантовой системе. Однако существует и некоторый скептицизм относительно того, что такие процессы действительно могут инициировать распад вакуума. Распад ложного вакуума — это физическое явление, способное уничтожить каждый атом во Вселенной. Многие российские СМИ дали новости вроде «Физики увидели распад ложного вакуума».