Однако существует и некоторый скептицизм относительно того, что такие процессы действительно могут инициировать распад вакуума. • Распад ложного вакуума может произойти из-за квантового туннелирования или катастрофического события. Переход между ложным вакуумом и истинным затруднен из-за высокого энергетического барьера, однако может происходить квантовомеханическое туннелирование из одного состояния в другое. То есть теоретическая возможность распада ложного вакуума в истинный есть, но реально это займет астрономическое время. Физики увидели распад ложного вакуума в ферромагнитных сверхтекучих жидкостях.
Позитроны укажут на распад вакуума при столкновении тяжёлых ионов
Речь идет о потенциальном процессе, известном как распад ложного вакуума. Ученые смоделировали гибель Вселенной, которую может вызвать распад ложного вакуума. 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.
Физики показали на видео разрушение Вселенной из-за распада вакуума
Некоторые теоретики предсказывают, что в определенных ситуациях распад ложного вакуума может ускоряться. Сложность вызова события, обладающего достаточно высокой энергией для инициирования распада вакуума, обусловлена высотой потенциального барьера между ложным и истинным вакуумом. Многие российские СМИ дали новости вроде «Физики увидели распад ложного вакуума». Ученые заявили, что из-за распада ложного вакуума Вселенная может быть разрушена. В случае ложного вакуума вероятность того, что большая область пространства туннелирует в состояние истинного вакуума, совершенно ничтожна. 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
| Ученые показали на видео процесс разрушения Вселенной из-за распада вакуума | Фото из открытых источников Англо-итальянская команда учёных достигла значительного прогресса в изучении явления распада ложного вакуума. |
| Итальянские физики смоделировали и экспериментально подтвердили возможность распада ложного вакуума | То есть теоретическая возможность распада ложного вакуума в истинный есть, но реально это займет астрономическое время. |
| Позитроны укажут на распад вакуума при столкновении тяжёлых ионов | Некоторые теоретики предсказывают, что в определенных ситуациях распад ложного вакуума может ускоряться. |
Вакуумный распад: конец света уже наступил?
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. Физики отмечают, что предложенный ими метод позволит подробнее изучить распад ложного вакуума квантовых состояний. Кстати, наш вакуум вполне вероятно тоже является ложным. О том так ли это, и что будет со Вселенной, если он распадется, читайте в нашем материале , подготовленном совместно с Яндекс.
Научный обозреватель Forbes Анатолий Глянцев объясняет, может ли апокалипсис стать расплатой за любопытство Анатолий Глянцев Иллюстрация Getty Images Распад ложного вакуума — это физическое явление, способное уничтожить каждый атом во Вселенной. Если судить по некоторым заголовкам, именно его недавно и наблюдали ученые.
Поводом для волны публикаций стала научная статья в Nature Physics, авторы которой вовсе не стремились уничтожить мир. Разберемся по порядку, что такое ложный вакуум, чем он опасен и какой выдающийся результат получили экспериментаторы. Ружье на стене В бытовом понимании вакуум — это когда нет совсем ничего. Однако так не бывает. В любой пустоте есть многочисленные поля — электромагнитное, гравитационное и другие. Строго говоря, с каждым видом элементарных частиц связано собственное поле. Если любая пустота пронизана всевозможными полями, что же такое вакуум?
Просто состояние полей с наименьшей энергией.
Этот «ложный вакуум» помогает устранить несоответствия в теориях о ранних условиях во Вселенной. 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.
Ученые впервые зафиксировали распад ложного вакуума в эксперименте 26-01-2024, 12:42 Автор: Наталья Селезнева Международная группа ученых впервые экспериментально подтвердила процесс распада ложного вакуума, что стало значительным прорывом в области квантовой физики. Результаты их исследования были опубликованы в журнале Nature Physics. 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.
Вакуумный распад: конец света уже наступил?
Тем не менее эти квантовые поля, несмотря ни на что, продолжают работу, удерживая таким образом ткань реальности от разрушения. Нам известны 17 частиц, которые появляются при возмущении квантовых полей — или, другими словами, когда квантовое поле получает энергию. Одна из таких частиц — фотон, который мы воспринимаем как свет и который отвечает за электромагнитные излучения вроде рентгеновского и микроволнового среди прочих. Также есть кварки, которые собираются в протоны и нейтроны в атомных ядрах. Другие частицы — частицы взаимодействий — вроде сильного и слабого, — которые в итоге диктуют, как работает Вселенная. На этом графике показаны энергетические состояния гипотетического квантового поля. Исходя из определения, вакуумное состояние не может терять энергию, так как, если бы было справедливо обратное, работа фундаментальных частиц также была бы иной, а значит, и Вселенная перестала бы работать так, как она это делает сейчас. Большинство квантовых полей, судя по всему, находятся в своих квантовых состояниях, а значит, стабильны, а мы — в безопасности. Однако измерить эти вещи крайне сложно. Возможно, одному квантовому полю еще предстоит достичь своего вакуумного состояния: речь идет о поле Хиггса.
Как поле Хиггса связано с распадом вакуума Поле Хиггса и связанный с ним бозон Хиггса отвечают за наличие у всего во Вселенной массы. Именно поэтому у фотонов массы нет, а у Z-бозонов ее очень мало — по крайней мере, для квантовой частицы. Само по себе это поле важно для взаимодействия фундаментальных частиц друг с другом. Возможно, поле Хиггса «застряло» на определенном энергетическом уровне.
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. Для этого физики заметили, что вероятность рождения электрон-позитронных пар хитрым образом зависит от скорости ионов перед столкновением. Другими словами, исследователи рассмотрели столкновение двух ионов с заданными зарядами, численно рассчитали вероятность образования электрон-позитронных пар и нашли параметр распределения, который принимает разные значения в случаях, когда суммарный заряд ионов меньше или больше критического заряда. 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.
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. Физики отмечают, что предложенный ими метод позволит подробнее изучить распад ложного вакуума квантовых состояний.
В этом случае материя Вселенной будет разрушена, однако, по оценкам ученых, это займет слишком много времени, чтобы угрожать существованию человеческой цивилизации.
Предсказанный Хокингом конец света оказался очередной "страшилкой"
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... Возможность того, что мы живем в ложном вакууме, никогда не вызывала одобрения. Распад вакуума - крайняя экологическая катастрофа; в новом вакууме появляются новые константы природы; После распада вакуума не только жизнь, которую мы знаем, невозможна, но и химия в том виде, в котором мы ее знаем. Однако всегда можно было найти стоическое утешение в возможности того, что, возможно, с течением времени новый вакуум будет поддерживать, если не жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, по крайней мере, некоторые структуры, способные познавать радость. Теперь эта возможность исключена. Второй частный случай - это распад в пространство исчезающей космологической постоянной, случай, который применим, если мы сейчас живем в обломках ложного вакуума, распавшегося в некую раннюю космическую эпоху.
Этот случай представляет нам менее интересную физику и меньше поводов для риторических эксцессов, чем предыдущий. Теперь внутренность пузыря - обычное пространство Минковского...
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. Но существенного прогресса на этом пути достигнуто не было. Если выписать на листок бумаги значения известных фундаментальных постоянных, они покажутся совершенно случайными.
Некоторые из них очень малы, другие велики, и за этим набором чисел не просматривается никакого порядка. Однако в них все же была замечена система, хотя и несколько иного рода, чем надеялись обнаружить физики. Значения констант, похоже, тщательно «подобраны» для обеспечения нашего существования. Это наблюдение получило название антропного принципа. Константы будто специально тонко настроены Творцом, чтобы создать подходящую для жизни Вселенную — это как раз то, о чем говорят нам сторонники учения о разумном замысле. Но существует иная возможность, рисующая совсем другой образ Творца: он произвольным образом порождает множество вселенных, и чисто случайно некоторые из них оказываются пригодными для жизни. Появившиеся в таких редких вселенных разумные наблюдатели обнаруживают чудесную тонкую настройку констант. В этой картине мира, называемой Мультиверсом, большинство пузырей бесплодно, но в них нет никого, кто мог бы на это пожаловаться. Но как проверить концепцию Мультиверса?
Прямые наблюдения ничего не дадут, поскольку мы не можем путешествовать в другие пузыри. Можно, однако, как в криминальном расследовании, найти косвенные улики. Если константы изменяются от одной вселенной к другой, их значения у нас нельзя точно предсказать, но можно сделать вероятностные предсказания. Можно спросить: какие значения обнаружит среднестатистический наблюдатель? Это аналогично попытке предсказать рост первого встречного человека на улице. Вряд ли он окажется гигантом или карликом, поэтому если дать прогноз, что его рост будет где-то около среднего, мы, как правило, не ошибемся. Аналогично и с фундаментальными постоянными: нет оснований думать, что их значения в нашей области космоса очень велики или малы, иными словами, они существенно отличаются от тех, что измерит большинство наблюдателей во Вселенной. Предположение о нашей неисключительности — это важная идея; я назвал ее принципом заурядности. Этот подход был применен к так называемой космологической постоянной, которая характеризует плотность энергии нашего вакуума.
Значение этой постоянной, полученное из астрономических наблюдений, оказалось в хорошем согласии с предсказаниями, основанными на концепции Мультиверса. Это стало первым свидетельством существования там, за горизонтом, поистине колоссальной вечно инфлирующей Вселенной. Это свидетельство, конечно, косвенное, каким только и могло быть. Но если нам посчастливится сделать еще несколько удачных предсказаний, то новую картину мира можно будет признать доказанной за пределами разумных сомнений. А было ли у Вселенной начало? Мы описали безгранично расширяющийся космос, порождающий все новые «большие взрывы», но хотелось бы знать, всегда ли Вселенная была такой? Многие находят такую возможность весьма привлекательной, поскольку она избавляет от некоторых трудных вопросов, связанных с началом Вселенной. Когда Вселенная уже существует, ее эволюция описывается законами физики. Но как описывать ее начало?
Что заставило Вселенную появиться? И кто задал ей начальные условия? Было бы весьма удобно сказать, что Вселенная всегда пребывает в состоянии вечной инфляции без конца и без начала. Эта идея, однако, сталкивается с неожиданным препятствием. Арвинд Борд и Алан Гут доказали теорему, которая утверждает, что хотя инфляция вечна в будущем, она не может быть вечной в прошлом, а это значит, что у нее должно быть какое-то начало. И каково бы оно ни было, мы можем продолжать спрашивать: а что было до того? Получается, что один из основных вопросов космологии — с чего началась Вселенная? Единственный предложенный до сих пор способ обойти эту проблему бесконечной регрессии состоит в том, что Вселенная могла быть спонтанно создана из ничего. Часто говорят: ничто не может появиться из ничего.
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.
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].
Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
изучить квазиклассический метод вычисления вероятности распада ложного вакуума с помощью отскокового решения. В чистом виде распад ложного вакуума в основное состояние происходит за счет квантово-вакуумных флуктуаций. Ученые наглядно показали, как распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную. Ученые наглядно показали, как распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную. Самым невероятным концом света стало бы уничтожение мира в результате распада ложного вакуума.