|
Вселенная находится на грани коллапса
|
|
|
|
Вселенная полна взрывающихся звезд, черных дыр, поглощающих вещество, и скоплений темной материи и энергии, которые ученые до сих пор не совсем понимают. Обычному человеку это может показаться хаотичным местом. Но, по мнению ученых, Вселенная на самом деле довольно стабильна. Эта стабильность, называемая вакуумом, помогает создавать непротиворечивые законы физики, которые ученые затем могут использовать для изучения окружающего нас мира.
|
|
|
|
Но есть большая проблема. Хотя Вселенная может казаться стабильной, ученые, изучающие квантовые поля, обеспокоены тем, что одно из этих полей может балансировать на грани нового энергетического состояния, которое может привести к нестабильности. Эта нестабильность называется ложным вакуумным распадом, и она будет действовать подобно тайфуну, проносящемуся по Вселенной и разрушающему ее в том виде, в каком мы ее знаем.
|
|
|
|
Даже законы физики могут быть переписаны, говорит Питер Онииси, доктор философии, доцент физики в Техасском университете в Остине.
|
|
|
|
Квантовые поля необходимы для понимания этой экзистенциальной космической угрозы. Самый простой способ понять эти невидимые поля - представить себе одно из них, которое нам очень знакомо: электромагнитное поле. Оно отвечает за такие взаимодействия, как отталкивание двух стержневых магнитов, электрический ток, проходящий через наши устройства, и даже солнечный свет.
|
|
|
|
|
|
|
Если вы когда-нибудь играли с стержневыми магнитами на уроках естествознания, то, возможно, видели, как эти невидимые магнитные взаимодействия можно визуализировать с помощью воздействия, которое они оказывают на железную стружку, выявляя изогнутые линии магнитного поля. Невидимые невооруженным глазом, эти силовые линии пересекают все во Вселенной, включая нас самих. Электромагнитное поле - лишь одно из многих квантовых полей, которые это делают.
|
|
|
|
Чтобы находиться в стабильном, “истинном” вакуумном состоянии, эти поля должны находиться в своих самых низких энергетических состояниях. Но особые свойства поля Хиггса, которое, как правило, отвечает за придание массы всем частицам, заставили некоторых ученых выдвинуть теорию о том, что, хотя Хиггс выглядит стабильным, на самом деле он может просто находиться в ложном или временном вакуумном состоянии, ожидая перехода в еще более низкое энергетическое состояние.
|
|
|
|
"Вы можете представить себе это как долины в горном массиве", - говорит Оньиси.
|
|
|
|
“Представьте, что вы [едете] по горному хребту и пересекаете множество различных долин — дно каждой из них находится ниже, чем дорога непосредственно позади или впереди, но это не обязательно самая низкая точка, которой вы достигнете”, - говорит он. “Вакуум, который не является абсолютным состоянием с наименьшей энергией, называется ”ложным" вакуумом, в отличие от "истинного" вакуума".
|
|
|
|
Квантовые поля вынуждены любой ценой достигать своих самых низких энергетических состояний, и проблема с полем Хиггса заключается в том, что если оно действительно находится в состоянии ложного вакуума, то есть шанс, что однажды оно сможет переместиться в этот новый “истинный” вакуум с помощью квантового туннелирования — процесса, при котором частицы могут проходить сквозь барьеры, для преодоления которых у них обычно недостаточно энергии. Это действие не только преобразило бы поле Хиггса, но и могло бы привести к радикальной перестройке физики и химии Вселенной, лежащих в ее основе.
|
|
|
|
“Масса электронов и кварков внезапно увеличилась бы в триллионы раз, и я подозреваю, что большинство атомов, кроме водорода, перестали бы существовать и распались”, - говорит Дэвид Тонг, доктор философии, профессор теоретической физики Кембриджского университета. “Ядерные реакции больше не работают, поэтому звезды перестают сиять. Химия вышла из-под контроля, [что означает], что жизнь невозможна. Вселенная больше не была бы таким прекрасным и динамичным местом, каким она является сегодня”.
|
|
|
|
Вся эта катастрофа, о которой физики, такие как Онииси и Тонг, по—прежнему предупреждают, что она носит чисто теоретический характер, могла произойти в результате так называемого космологического пузыря. По сути, этот пузырь представляет собой расширение истинного вакуума из одного уголка Вселенной по всей Вселенной.
|
|
|
|
Но поскольку эти идеи основаны на теории, а не на наблюдениях или экспериментах, ученые не знают точно, как будут распространяться эти пузырьки и каковы могут быть их свойства.
|
|
|
|
На этот вопрос Яка Водеб, доктор философии, научный сотрудник Исследовательского центра в Юлихе, Германия, и его соавторы надеялись ответить в новой работе, опубликованной ранее в этом году в журнале Nature Physics. В этом исследовании Водеб и его коллеги использовали тип квантового оборудования, называемый квантовым отжигателем, для манипулирования 5564 кубитами (или “квантовыми битами”, основной единицей информации в квантовых вычислениях), чтобы смоделировать поведение этих пузырьков.
|
|
|
|
“Мы обнаружили кое-что очень интересное”, - говорит Водеб. “Вопреки предыдущим представлениям, эти пузыри распространяются не сами по себе”. Вместо этого космологические пузыри распространяются в результате сложных взаимодействий, при которых более крупные пузырьки питаются более мелкими. Хотя эта новая работа представляла собой моделирование упрощенной модели этой динамики, полученные результаты все же могут пролить свет на то, что однажды может произойти в нашей собственной Вселенной.
|
|
|
|
Но, к счастью для нас, даже если поле Хиггса действительно находится в состоянии ложного вакуума, нас не будет рядом, чтобы увидеть, что произойдет, если это состояние когда-нибудь распадется.
|
|
|
|
“Радостная новость заключается в том, что время, необходимое для выхода из ложного вакуума, примерно в миллиард, миллиард, миллиард, миллиард, миллиард, миллиард раз превышает нынешний возраст Вселенной”, - говорит Тонг. “Я не думаю, что нам стоит беспокоиться”.
|
|
|
|
Источник
|
