Переход между ложным вакуумом и истинным затруднен из-за высокого энергетического барьера, однако может происходить квантовомеханическое туннелирование из одного состояния в другое. 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.
Открытие распада ложного вакуума: ученые получили доказательства
При нарушении тонкого баланса между квантовыми частицами поле Хиггса вырвалось бы из ложного вакуума, порождая по всей Вселенной эффект домино под названием распад 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 Lenta. Недавно некоторые СМИ сообщили, что ученые впервые наблюдали распад ложного вакуума. Результаты экспериментов соответствовали численным моделям и подтверждали, что распад ложного вакуума имеет квантово-механическую природу.
Новое исследование проливает свет на явление, известное как «ложный вакуумный распад»
По современным представлениям, на больших энергиях потенциал поля Хиггса 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, лежащее в области гораздо больших энергий порядка 1012 тераэлектронвольт. Поэтому наш вакуум считается «ложным», то есть не отвечающим настоящему минимуму поля Хиггса. Как предсказывает теория, в некоторых случаях может произойти спонтанный переход Вселенной из ложного вакуума в истинный так называемый «распад ложного вакуума» , при этом будет выделяться огромная энергия. Обычно этот переход описывают как спонтанное образование пузырьков истинного вакуума в ложном. При благоприятных условиях эти пузыри будут бесконечно расширяться, а при неблагоприятных — схлопываться.
Это напоминает кипение воды, только вместо пузырьков пара мы имеем дело с истинным вакуумом.
Представленное Kurzgesagt видео посвящено второй ситуации. В этом случае материя Вселенной будет разрушена, однако, по оценкам ученых, это займет слишком много времени, чтобы угрожать существованию человеческой цивилизации.
Астрахани Астраханской области; Местная религиозная организация Свидетелей Иеговы «Орел»; Общероссийская политическая партия «ВОЛЯ», ее региональные отделения и иные структурные подразделения; Общественное объединение «Меджлис крымскотатарского народа»; Местная религиозная организация Свидетелей Иеговы в г. S», «The Opposition Young Supporters» ; Религиозная организация «Управленческий центр Свидетелей Иеговы в России» и входящие в ее структуру местные религиозные организации; Местная религиозная организация Свидетелей Иеговы в г. Краснодара»; Межрегиональное объединение «Мужское государство»; Неформальное молодежное объединение «Н.
Круглосуточная служба новостей.
Скорее всего, для этого потребовался бы невероятный объем энергии. Но это также может произойти из-за странного квантового феномена, известного как квантовое туннелирование. Так как квантовые частицы ведут себя волнообразно, есть вероятность, что они могут пройти сквозь препятствие, а не обойти его. Это можно представить как прохождение сквозь впадину, которая удерживает поле Хиггса на его месте. Космологический горизонт в представлении художника. При нарушении тонкого баланса между квантовыми частицами поле Хиггса вырвалось бы из ложного вакуума, порождая по всей Вселенной эффект домино под названием распад вакуума. Именно в этом случае пузырь распада вакуума распространился бы по всей Вселенной на скорости света. При его прохождении через пространство, все — материя, взаимодействия Вселенной — перестало бы работать и существовать в привычном для нас виде.
А что произойдет после этого, невозможно даже вообразить. Законы физики станут совершенно другими и — более чем вероятно — сделают наше существование невозможным. Возможно, атомы больше не смогут удерживаться в общих структурах, химикалии будут вступать в новые, неизвестные реакции, также произойдут многие другие вещи, которые мы не можем представить. К счастью, эта теория основана на нашем нынешнем понимании Вселенной, которое, мягко говоря, далеко не полное. Мы не знаем наверняка, действительно ли поле Хиггса находится в ложном вакууме, мы знаем лишь, что это вероятно. Более того, чтобы поле Хиггса вышло из ложного вакуума, может понадобиться очень много времени — гораздо больше, чем мы просуществуем как вид.
Ученые предрекли гибель Вселенной и в доказательство представили видеоролик
Для второго же есть отличная от нуля вероятность перехода в более глубокий, в частности, истинный вакуум. 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.
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. Однако у пузыря есть тонкие стенки, в которых хиггсовское поле плавно переходит от истинного вакуума в ложный. Эти стенки обладают положительной энергией, по аналогии с поверхностным натяжением на границе жидкости.
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.
Если мы живет в истинном вакууме, то опасаться совершенно нечего — он отвечает минимальному энергетическому потенциалу хиггсовского поля и поэтому стабилен. А вот если обозримая Вселенная на самом деле находится в ложном вакууме, то пора бы нам подыскать себе другую, потому что эта в любую секунду может перейти на более глубокий уровень, то есть, в тот самый истинный вакуум. Предварительно, конечно же, сколлапсировав. То есть, уничтожив, в частности, все свое содержимое. Нашу маленькую планетку в том числе.
Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
Ложный вакуум (метастабильный вакуум[1]) — состояние в квантовой теории поля, которое не является состоянием с глобально минимальной энергией, а соответствует её локальному минимуму. Если все пути распада ведут к очень массивным частицам, энергетический барьер такого распада может привести к образованию стабильного пузыря ложного вакуума (также известного как шар Ферми), окружающего частицу ложного вакуума. Физики увидели распад ложного вакуума Итальянские физики зарегистрировали распад ложного вакуума в ферромагнитной сверхтекучей жидкости. На примере ферромагнитной жидкости жидкости итальянские физики смогли впервые экспериментально засвидетельствовать распад ложного вакуума в квантовом макроскопическом поле.
Как распад вакуума может уничтожить Вселенную
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. 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.
Поле — это просто то, что имеет какое-то значение в какой-то точке пространства. Знакомый всем пример — магнитное поле, которое окружает стержневой магнит. Оно описывает силу, генерируемую магнитом, в любой точке пространства.
Это поле квантовано, то есть может принимать только одно из дискретного набора значений, в отличие от континуума значений, разрешенных в классическом поле. 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.
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. Результаты наблюдений согласуются с численными моделями и подтверждают квантово-механическую природу распада, демонстрируя, что атомные сверхтекучие жидкости являются идеальным инструментом для исследования явлений неравновесного квантового поля.
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. Вопрос в том, что означает «наименьшая». Простая аналогия: поднимая предмет над землей, мы запасаем в нем потенциальную энергию.
Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
Их исследования были опубликованы в престижном журнале Nature Physics. 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.
Есть гипотеза, что мы живём в ложном, а не истинном вакууме [6]. Стивен Хокинг утверждал, что эксперименты с бозоном Хиггса могут привести к переходу Вселенной из ложного вакуума в истинный [7].
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. Бозоны способны находиться в одном и том же основном квантовом состоянии грубо говоря, их принципиально нельзя отличить одну от другой и ведут себя подобно одной «размытой» частице, что создает квантовые эффекты, видимые невооруженным глазом.
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! То есть у него нет никаких предвестников — даже тревожной музыки, как в фильмах. Вы сидите, пьете вино ночью и смотрите на звезды, а потом раз — и ничего нет, кроме плазмы из новых частиц. Нам хотелось бы верить, что такое событие очень очень очень маловероятно, вот например Nick Bostrom ответил мне ссылкой на его с Тегмарком статью, где они оценивали вероятность такого события «сверху»: arxiv. А вы заметили, что vacuum catastrophe куда лучше подходит для квантового самоубийства, чем ружье? Процесс мгновенен, не может оставить вас калекой… Он просто идеален.
И поэтому… Что если он происходит регулярно, но мы его не замечаем? 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.
Что еще почитать
- Физики из Кембриджского университета впервые смоделировали распад ложного вакуума
- Ученые показали на видео, как распад вакуума уничтожает Вселенную — 25.10.2016 — В мире на РЕН ТВ
- Главное сегодня
- Что произошло в мире науки. Вечерний дайджест
- Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную » ОКО ПЛАНЕТЫ информационно-аналитический портал
- Виртуальный хостинг
Распад вакуума
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.
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. D Все рассуждения в данной работе выполнялись в предположении пустого пространства, однако присутствие сингулярностей в виде черных дыр, особенно черных дыр малой массы, могло бы изменить скорость распада ложного вакуума. Тем не менее, в ноябре прошлого года японские физики-теоретики показали , что существенного увеличения скорости перехода и метастабильного состояния в стабильное рядом с черными дырами наблюдаться не должно — черные дыры обязательно окружены температурным фоном частиц из-за излучения Хокинга, который необходимо учитывать при расчете вероятности образования пузырька истинного вакуума.
Результаты эксперимента соответствовали численным моделям и подтверждали квантово-механическую природу распада ложного вакуума. Ученые отмечают, что атомные сверхтекучие жидкости представляют идеальную платформу для изучения неравновесного квантового поля. Бозе-конденсат, в котором наблюдались эти явления, возникает при охлаждении бозонов, таких как атомы, почти до абсолютного нуля. Это состояние материи позволяет частицам находиться в одном квантовом состоянии и создает квантовые эффекты, включая сверхтекучесть - способность жидкости протекать без трения через узкие преграды.
В результате в ложном вакууме создаются небольшие пузырьки истинного 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.
Ложный вакуум - Как пустота может уничтожить Вселенную в любую секунду
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. СМИ заполонили тревожные сообщения: мол, физики устроили распад ложного вакуума — явление, способное уничтожить Вселенную. Профессор Ян Мосс и доктор Том Биллам из Университета Ньюкасла убедительно продемонстрировали, что эти пузырьки возникают в результате термически активированного распада вакуума. СМИ заполонили тревожные сообщения: мол, физики устроили распад ложного вакуума — явление, способное уничтожить Вселенную.