Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предлагают экспериментальные доказательства образования пузырей в результате распада ложного вакуума в квантовой системе. Физики увидели распад ложного вакуума Итальянские физики зарегистрировали распад ложного вакуума в ферромагнитной сверхтекучей жидкости.
Пузыри смерти: Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
Насколько опасен истинный вакуум для жизни на Земле — в материале «Ленты. 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.
О том, чем эти два вакуума отличаются и действительно ли мир может исчезнуть. Элементарные частицы в квантовой теории поля описываются не как микроскопические твердые шарики, не как материя, а как колебания квантовых полей. Как и любая другая физическая система, поле стремится минимизировать свою энергию, избавиться от лишних частиц и «скатиться» в самое энергетически выгодное состояние.
В теоретической физике такое состояние принято называть вакуумом. Вопреки своему названию такой вакуум не является пустым — на самом деле в нем постоянно рождаются и умирают виртуальные пары частица-античастица. Однако энергия такого «бульона» из виртуальных частиц все-таки меньше, чем энергия «супа» с примесью частиц настоящих.
Для большинства полей, которые описывает Стандартная модель, энергетически выгодно скатиться в такое вакуумное, нулевое состояние — графически такой потенциал выглядит как ямка, которая симметрична относительно оси, проходящей через начало координат.
Ложный вакуум - это состояние с низкой энергией, которое считается относительно стабильным, но может перейти в состояние с минимальной энергией, известное как истинный вакуум. Но такой переход затруднен из-за высокого барьера энергии. В результате проведенных экспериментов ученые наблюдали образование маленьких пузырьков истинного вакуума в квантовой системе, которая представляла собой переохлажденный газ из изотопов натрия-23. Подобная среда имеет свойства сверхтекучей жидкости и была охлаждена до температуры менее одного микрокельвина.
Многие российские СМИ дали новости вроде «Физики увидели распад ложного вакуума». 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.
Физик уточнил скорость распада ложного вакуума
Распад ложного вакуума Ученые предполагают, что наблюдаемый нами мир находится в состоянии истинного или ложного вакуума. Во втором случае велики шансы перехода в истинный вакуум, при котором произойдет разрушение всей материи во Вселенной. Именно этот процесс представлен в видеоролике.
Проведя серию экспериментов, исследователи наблюдали образование небольших пузырьков истинного вакуума в квантовой системе, состоящей из переохлажденного газа из натрия-23.
Эта среда обладает свойствами сверхтекучей жидкости и была охлаждена до температуры менее одного микрокельвина. Результаты эксперимента соответствовали математическим моделям и подтвердили квантово-механическую природу распада ложного вакуума. Ученые отмечают, что атомные сверхтекучие жидкости являются идеальной средой для изучения неравновесных квантовых полей.
Приближение толстой стенки гораздо реже используется в физически интересных теориях. И понятно почему: в этом случае вероятность образования пузырьков новой фазы оказывается экспоненциально подавленной — ложный вакуум практически неотличим от истинного. В настоящее время самой тяжелой элементарной частицей считается топ-кварк — его масса превышает 173 гигаэлектронвольт. Именно поэтому открытия новых тяжелых частиц так важны для космологических моделей — это может повлиять на прогнозы стабильности наблюдаемого мира. Особая роль в распаде вакуума у гравитации — кривизны пространства-времени. В частности, микроскопические черные дыры, которые могут возникать при столкновениях частиц высоких энергий, в сотни раз повышают вероятность рождения в их окрестностях пузырей с истинным вакуумом.
Динамика космологических пузырей еще сложнее, если внутри первоначальной Вселенной формируется несколько пузырей — расширяясь и сталкиваясь друг с другом, они создают новый мир с истинным вакуумом. Сегодня неизвестно, в каком состоянии находится Вселенная. Если это истинный вакуум, то волноваться не о чем. Если ложный, то, скорее всего, тоже — размеры наблюдаемой Вселенной слишком велики, чтобы новый пузырь, расширяющийся со скоростью света, в сколь-нибудь разумное по меркам человека время заполнил весь мир.
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... Они утверждают, что из-за эффектов отбора наблюдателя мы могли бы недооценить шансы быть разрушенными в результате распада вакуума, потому что любая информация об этом событии достигнет нас только в тот момент, когда мы тоже были уничтожены. Это контрастирует с такими событиями, как риски от столкновений, гамма-всплесков , сверхновых и гиперновых , частоты которых у нас есть адекватные прямые измерения. 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.
Опубликовано видео, показывающее уничтожение Вселенной из-за распада вакуума
При нарушении тонкого баланса между квантовыми частицами поле Хиггса вырвалось бы из ложного вакуума, порождая по всей Вселенной эффект домино под названием распад вакуума. В случае ложного вакуума вероятность того, что большая область пространства туннелирует в состояние истинного вакуума, совершенно ничтожна. Опубликовано в журнале Физика природы Полученные результаты дают экспериментальные доказательства образования пузырьков в результате ложного распада вакуума в квантовой системе. Британские физики впервые смогли воспроизвести процесс распада «ложного вакуума» при помощи квантового симулятора.
Опубликовано видео, показывающее уничтожение Вселенной из-за распада вакуума
Ученые наглядно показали, как распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную. Результаты экспериментов соответствовали численным моделям и подтверждали, что распад ложного вакуума имеет квантово-механическую природу. 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 чистом виде распад ложного вакуума в основное состояние происходит за счет квантово-вакуумных флуктуаций.
Как Вселенная разрушится от распада вакуума?
Гибель Вселенной может наступить из-за распада так называемого ложного вакуума, гласит одна из научных теорий. Недавно некоторые СМИ сообщили, что ученые впервые наблюдали распад ложного вакуума. • Распад ложного вакуума может произойти из-за квантового туннелирования или катастрофического события. 3. Vacuum Catastrophe (распад ложного вакуума). Вполне возможно, что наш вакуум — ложный, то есть наша пустота не является низшим состоянием вакуума (в энергетическом смысле).
Распад ложного вакуума: вводный обзор
Кратко, в MWI мир «целиком» детерминирован, случайности нет. Когда у событий есть несколько исходов, они все случаются, и далее с помощью механизма decoherence в нашем макро-мире возникают разные «ветки» реальности, куда и проваливаются разные копии нашего сознания. Впрочем, каждая копия считает себя единственной, так как взаимодействия между ветками нет. Дескать, если выстрел ружья будет зависеть от квантового события, то приставив такое ружье к голове мы ничего не теряем: в той ветке, где ружье выстрелило, мы перестанем существовать, а там, где не выстрелило — мы продолжаем существовать. То есть наше сознание «проваливается» в ту ветку, где выстрела не произошло. Квантовое самоубийство часто критикуют вот по какой причине — а что, если смерть от выстрела не мгновенна? А что, если мы не умрем, а останемся парализованными? Ниже мы вернемся к этому вопросу. Vacuum Catastrophe распад ложного вакуума Вполне возможно, что наш вакуум — ложный , то есть наша пустота не является низшим состоянием вакуума в энергетическом смысле. Тогда возможно спонтанный переход в каком-то месте вакуума в более выгодное энергетическое состояние. Разница энергии вакуумов превращается в кашу из разнообразных частиц причем возможно не существующих в нашем вакууме , причем число их огромно.
Собственно, той материей, которая существовала до подобного события, можно пренебречь. Далее, когда очаг разрушения возник, остановить процесс невозможно, как домино, процесс распространяется во все стороны, причем со скоростью света!
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].
Есть гипотеза, что мы живём в ложном, а не истинном вакууме [6].
Результаты эксперимента совпали с численными расчетами, что подтвердило наблюдение. Статья об эксперименте опубликована в Nature Physics. Переохлажденный газ — классический пример метастабильного состояния, переход из которого в основное состояние жидкую фазу происходит из-за резонансного возникновения пузырьков. Их образование обычно происходит вокруг примесей в газе или неоднородностей контейнера. Эту идею можно расширить и на квантовые системы и квантовую теорию поля в широком диапазоне сценариев и масштабов, от понимания устройства ранней Вселенной до характеристики спиновых цепей.
В этих моделях метастабильное состояние, в котором начинают зарождаться пузырьки, называется ложный вакуум.
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.
Физик уточнил скорость распада ложного вакуума
На примере ферромагнитной жидкости жидкости итальянские физики смогли впервые экспериментально засвидетельствовать распад ложного вакуума в квантовом макроскопическом поле. 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. 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". Видео: YouTube/Kurzgesagt Ученые наглядно показали, как распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную. 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.
Главное сегодня
- Виртуальный хостинг
- Распад вакуума уничтожит Вселенную
- Ложный вакуум - Как пустота может уничтожить Вселенную в любую секунду
- Все зависит от того, в каком вакууме мы живем