• Распад ложного вакуума может произойти из-за квантового туннелирования или катастрофического события. Смотрите видео на тему «распад ложного вакума» в TikTok (тикток).
Физики показали гибель Вселенной вследствие распада вакуума - ГТРК Удмуртия
| Сеть взорвало ВИДЕО смерти Вселенной под влиянием распада вакуума - | Недавно некоторые СМИ сообщили, что ученые впервые наблюдали распад ложного вакуума. |
| Ученые получают доказательства распада ложного вакуума | Речь идет о потенциальном процессе, известном как распад ложного вакуума. |
Физики увидели распад ложного вакуума
Отмечается, что первопричиной вселенской катастрофы вполне может стать распад вакуума Ученые поведали о вероятной смерти мира, которая случится после распада ложного вакуума Ученые рассказали, что. Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предлагают экспериментальные доказательства образования пузырей в результате распада ложного вакуума в квантовой системе. Ученые считают, что Вселенная может быть разрушена с помощью распада ложного вакуума, который находится в космическом пространстве.
Разрушение пустоты: могут ли физики случайно уничтожить Вселенную
Гипотезы, гипотезы … В одной из гипотез из ложного вакуума может и могло? Ну а если существует Мультивселенная, в Параллельных Мирах которой одновременно существует и наше настоящее и прошлое и будущее? Какой же «здесь» конец Вселенной которой?
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.
Исследователи смогли определить, каким образом формировались фазовые переходы в ранней Вселенной, среди которых процесс распада «ложного вакуума». Примечательно, утверждают в университете, что ученые занимаются изучением тайн наиболее горячей и плотной материи мироздания. Фото: Pixabay Делают они это с помощью очень маленьких атомов, которые к тому же очень холодны. При этом, интерес исследователей к «ложному вакууму» возник очень давно.
Ученые наблюдали зарождение пузырьков в этих сверхтекучих средах, а численное моделирование подтвердило их наблюдения. 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.
Физики из Британии впервые воспроизвели процесс распада «ложного вакуума»
Ученые заявили, что из-за распада ложного вакуума Вселенная может быть разрушена. То есть теоретическая возможность распада ложного вакуума в истинный есть, но реально это займет астрономическое время. Международная группа ученых впервые экспериментально подтвердила процесс распада ложного вакуума, что стало значительным прорывом в области квантовой физики. Ученые считают, что Вселенная может быть разрушена с помощью распада ложного вакуума, который находится в космическом пространстве. Отмечается, что первопричиной вселенской катастрофы вполне может стать распад вакуума Ученые поведали о вероятной смерти мира, которая случится после распада ложного вакуума Ученые рассказали, что.
Новое исследование проливает свет на явление, известное как «ложный вакуумный распад»
| Nature Physics: ученые получили доказательства распада ложного вакуума | Физики увидели распад ложного вакуума в ферромагнитных сверхтекучих жидкостях. |
| Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную » ОКО ПЛАНЕТЫ информационно-аналитический портал | распад ложного вакуума физика Nature Physics квантовая теория вакуум распад. |
Новое исследование проливает свет на явление, известное как «ложный вакуумный распад»
| Смерть Вселенной из-за распада вакуума показали на видео - Янтарный край | Ученые показали возможный механизм смерти Вселенной в результате распада ложного вакуума. |
| Ученые рассказали о смерти Вселенной из-за распада вакуума | С такого пузыря начинается квантовый распад ложного вакуума в теориях с неравноправными вакуумами. |
| Физики из Кембриджского университета впервые смоделировали распад ложного вакуума | Тем не менее, в дальнейшем распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную. |
Ученые получают доказательства распада ложного вакуума
Смотрите видеоролик ниже. В общем, суть в том, что весь наблюдаемый мир пребывает в состоянии истинного или ложного вакуума. 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.
Исследователи полагают, что наблюдаемый мир находится в истинном или ложном вакуумном состоянии. Первый случай отвечает минимальному энергетическому состоянию хиггсовского поля, тогда как для второго существует отличная от нуля вероятность перехода в более глубокий, в частности, истинный вакуум.
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. Послесловие Такого типа оценки — не в применении к хиггсовскому бозону, а в более широком контексте — были впервые даны советскими физиками Кобзаревым, Окунем и Волошиным в 1974 году. Три года спустя задача была решена Коулменом гораздо более строгим способом. Затем последовал ряд работ с еще более аккуратным анализом распада метастабильного вакуума, в котором, кстати, очень важными оказались гравитационные эффекты. Этот процесс, да и сама возможность использовать метастабильный вакуум, затем прочно вошли в космологию в качестве возможного сценария эволюции Вселенной на самых ее ранних стадиях. Интересно, что недавно в этой истории случился еще один зигзаг. Полтора года назад были высказаны подозрения , что метастабильные вакуумы вообще не могут существовать в нашем пространстве-времени, поскольку они распадаются вовсе не медленно, как считалось до сих пор, а наоборот — бесконечно быстро. Однако затем на эти подозрение было выдвинуто контрвозражение : вывод о бесконечно быстром распаде базируется на неоправданной экстраполяции формул за пределы применимости известных нам законов физики. Так что тревога оказалась ложной, и метастабильные состояния вакуума, по крайней мере в теории, допустимы. Возвращаясь к обсуждениям того, стабилен или нет хиггсовский вакуум Стандартной модели , подчеркнем, что там ситуация немножко другая потенциал выглядит иначе, да и числа сильно отличаются. Но общая «мораль» остается той же: если барьер высокий, то ждать распада придется очень долго, если барьер небольшой, то распад будет довольно быстрым. Нам это, к счастью, не угрожает.
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! 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.
Физики показали на видео разрушение Вселенной из-за распада вакуума
При ложном вакууме материи Вселенной грозит смерть. Ученые утверждают, что данный процесс займет слишком много времени, чтобы угрожать современной человеческой цивилизации. Ранее британские ученые рассказали , когда на Земле наступит новый ледниковый период.
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. Одним из таких эффектов является сверхтекучесть — способность жидкости обтекать узкие барьеры без трения.
Исследователи специально показали поэтапно, как будет происходить процесс распада вакуума, чтобы даже простые люди, живущие на нашей планете, которые не являются светилами науки, смогли это понять. Однако научные работники считают, что показанный ими процесс займет очень долгое время, а потому не грозит человечеству уничтожением.
Мы считаем, что понимаем это. Чтобы вакуум распался, необходимо создать пузырь с нулевой полной энергией. В отсутствие гравитации это не проблема, независимо от того, насколько мала разница в плотности энергии; Все, что нужно сделать, - это сделать пузырек достаточно большим, и соотношение объема и поверхности сделает свою работу. Однако в присутствии гравитации отрицательная плотность энергии истинного вакуума искажает геометрию внутри пузыря, в результате чего при достаточно малой плотности энергии пузыря с достаточно большим отношением объема к поверхности не существует. 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.
Предсказанный Хокингом конец света оказался очередной "страшилкой"
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... 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.
Причем такой переход будет мгновенным. Однако вызвать нестабильность бозона Хиггса, по мнению Хокинга, сегодня практически невозможно.
Для того при имеющемся научном оборудовании необходим ускоритель, по размерам сопоставимый с Землей. Ложный и истинный. Это следует из знаменитой Стандартной модели, которая описывает мир элементарных частиц. Кстати, она считается одним из самых выдающихся достижений науки XX века.
Чем отличаются эти два вакуума? Только одним - своей энергией. У ложного она близка к нулю, у истинного вообще отрицательная, то есть существенно меньше. Пока наука немало знает о ложном вакууме, скажем, что именно в нем мы живем.
Это доказано экспериментально. Но вот может ли существовать на самом деле истинный вакуум с его наименьшей энергией, пока ученые сказать не могут.
Обычно эти уровни заполнены и образуют так называемое море Дирака. Если энергия "связанного состояния" попадет в резонанс с отрицательной энергией электронных уровней, то ион сможет захватить два "морских" электрона, попутно испуская два позитрона. Такой процесс можно интерпретировать как распад старого нейтрального вакуума и образование нового вакуумного состояния с ненулевым электрическим зарядом подчеркнем, что такой распад вакуума не имеет ничего общего с распадом ложного вакуума. Впервые такой "распад нейтрального вакуума" в 1969 году теоретически обнаружили Семен Герштейн и Яков Зельдович. К сожалению, на практике распад нейтрального вакуума увидеть до сих пор не удалось. 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.
Учитывая, что нынешний возраст наблюдаемой Вселенной примерно в триллион триллионов триллионов триллионов раз меньше, возможность такого события в ближайшее время не слишком велика. О чем же тогда пишут СМИ? Они пытаются, в меру сил и возможностей, описать научную работу , опубликованную в журнале Nature Physics впрочем, даже полное название журнала корректно смогли указать не все. Проблема в том, что она отнюдь не описывает ложный вакуум в квантовомеханическом смысле этого слова: авторы разбирают симуляционную модель перехода из состояния с одной минимальной энергией в состояние с чуть более низкой минимально возможной энергией. Однако реальная новость вновь заслоняется выдуманной: часто пишут, будто «Вояджер-2» и «Водяжер-1» покинули Солнечную систе… naked-science. Опыт проходил в среде с температурами в районе долей градуса выше абсолютного нуля.
Однако он не касался вакуума в физическом смысле этого слова, в том числе потому, что происходил в среде, насыщенной атомами. Интересно, что сами ученые, написавшие эту работу для Nature Physics, достаточно однозначно пояснили, что речь идет именно о симуляции квантовых процессов, а не о них самих. Том Биллам Tom Billam прокомментировал ее так: «Использование возможностей экспериментов с ультрахолодными атомами для симулирования квантовых физических процессов в других системах — в данном случае ранней Вселенной — крайне интересная область исследования в настоящий момент».
Открытие распада ложного вакуума: ученые получили доказательства
Британские ученые впервые воспроизвели процесс распада ложного вакуума с помощью квантового симулятора. Но чтоб ещё и ложный вакуум, и чтобы он ещё и распадался — до такого извращения даже мы не доходили. распад ложного вакуума физика Nature Physics квантовая теория вакуум распад. Фото из открытых источников Англо-итальянская команда учёных достигла значительного прогресса в изучении явления распада ложного 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.
Категории статьи
- Дыра в ткани реальности, в теории, может уничтожить Вселенную
- Сеть взорвало ВИДЕО смерти Вселенной под влиянием распада вакуума
- Что еще почитать
- Открытие распада ложного вакуума: ученые получили доказательства
- Физики из Кембриджского университета впервые смоделировали распад ложного вакуума
- Главное сегодня
Ученые показали на видео процесс разрушения Вселенной из-за распада вакуума
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. Одним из таких эффектов является сверхтекучесть — способность жидкости обтекать узкие барьеры без трения. Ru прочитано 2797 раз.
Кроме того, при известных нам параметрах Стандартной модели время жизни ложного вакуума превышает текущий возраст Вселенной, то есть в рамках этой модели наш вакуум является метастабильным — то есть для нас он не отличается от истинного. Некоторые теоретики предсказывают, что в определенных ситуациях распад ложного вакуума может ускоряться. Например, вокруг черной дыры пространство-время сильно искривляется, и правила подсчета энергии ложного вакуума несколько изменяются, что должно увеличивать вероятность распада. При этом чем меньше черная дыра, тем проще вокруг нее образуются пузырьки и тем больше вероятность распада. С другой стороны, мы до сих пор продолжаем жить в ложном вакууме, что указывает либо на отсутствие таких черных дыр, либо на недостатки в наших теориях, либо на наше невероятное везение. При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна Последние аномальные новости.
Исследователи полагают, что наблюдаемый мир находится в истинном или ложном вакуумном состоянии. Первый случай отвечает минимальному энергетическому состоянию хиггсовского поля, тогда как для второго существует отличная от нуля вероятность перехода в более глубокий, в частности, истинный вакуум.
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. И это, вероятно, может кое-что рассказать вам о лежащих в основе данного явления частицах или полях.
Основанный на симметрии способ рассмотрения частиц и их взаимодействий получил такое распространение в физике, что мы часто используем обозначения математических симметрий в качестве названий самих теорий. Например, электромагнетизм часто называют и 1 — теорией, поскольку некоторые из его математических аспектов имеют тот же тип симметрии, что и окружность сокращением «U 1 » обозначается математическая группа поворотов окружности. Нарушение симметрии — это событие, в результате которого условия внезапно изменяются таким образом, что теория, описывающая взаимодействия частиц, приобретает другую, менее симметричную структуру. После этого уже нельзя будет делать перестановки в уравнениях, а нарушение симметрии отразится и в физическом мире в виде изменения поведения частиц. Некоторые используемые физиками симметрии являются абстрактными и могут быть выражены лишь математически, однако среди них есть и вполне привычные. О вращательной симметрии речь идет тогда, когда нечто выглядит одинаково при повороте на некоторый угол например, окружность или пятиконечная звезда. Трансляционная симметрия означает, что нечто выглядит одинаково при сдвиге в сторону например, длинный забор, сдвинутый на расстояние одной планки, или длинная прямая линия, смещенная на несколько сантиметров.
Нарушение симметрии предполагает такое изменение ситуации, в результате которого симметрия перестает работать. Бокал обладает идеальной симметрией вращения до тех пор, пока где-то на его кромке не появится след от губной помады. Забор обладает трансляционной симметрией до тех пор, пока не сломается одна из его планок. Даже на званом обеде может произойти нарушение симметрии, особенно после подачи спиртных напитков. В начале банкета, пока вы терпеливо ждете в окружении множества столовых приборов и небольших тарелок с хлебом, вы находитесь в ситуации, которой свойственна вращательная симметрия. Как только кто-то из ваших соседей потянется за куском хлеба, симметрия нарушится, и все остальные смогут последовать его примеру. Если бы два человека одновременно потянулись к тарелкам с хлебом, находящимся на противоположной от них стороне стола, физики назвали бы такую ситуацию топологическим дефектом.
В данном конкретном случае речь идет о доменной стенке, которая, если начнет доминировать во Вселенной, может привести к Большому сжатию. Вот почему я всегда жду, пока другие возьмут хлеб, прежде чем потянуться к тарелке. С какой бы симметрией мы как физики ни работали, она будет отражена в описывающих взаимодействия уравнениях.