Переход между ложным вакуумом и истинным затруднен из-за высокого энергетического барьера, однако может происходить квантовомеханическое туннелирование из одного состояния в другое.
Итальянские физики смоделировали и экспериментально подтвердили возможность распада ложного вакуума
Распад ложного вакуума — это физическое явление, способное уничтожить каждый атом во Вселенной. Ученые смоделировали гибель Вселенной, которую может вызвать распад ложного вакуума. Открытие исследователей: проблема ложного вакуума доказана на практике Международная группа ученых достигла прорыва в изучении распада ложного вакуума, что было подтверждено экспериментально. Распад ложного вакуума играет в этой теории роль Большого взрыва.
Ученые рассказали о смерти Вселенной из-за распада вакуума
| Предсказанный Хокингом конец света оказался очередной "страшилкой" | Некоторые учёные придерживаются мнения, что бозон Хиггса может находиться не в истинном состоянии вакуума, а в ложном. |
| Как Вселенная разрушится от распада вакуума? | Для ложного вакуума существует вероятность перехода в более глубокое вакуумное состояние, в том числе в истинный вакуум. |
| Ученые получают доказательства распада ложного вакуума | 24.01.2024 | В Татарстане | При нарушении тонкого баланса между квантовыми частицами поле Хиггса вырвалось бы из ложного вакуума, порождая по всей Вселенной эффект домино под названием распад вакуума. |
Видео: смерть Вселенной из-за распада вакуума
Жить на третьем этаже так же комфортно, как и на первом. А если никогда не покидать квартиры и не смотреть в окна, можно и не узнать, на каком этаже живешь. Вселенная — огромный дом без окон и дверей. Поэтому не так уж просто понять, истинный наш вакуум или ложный, а если ложный, сколько под нами этажей. Однако представим себе экстравагантного жильца, подпилившего пол под гирей.
Она тут же устремится на следующий минимальный уровень — пол второго этажа. Разница в высоте этажей перейдет в энергию движения гири, и лучше не оказываться на ее пути. Аналогично, если ложный вакуум по каким-то причинам превратится в истинный или хотя бы в нижележащий ложный, выделится запасенная в нем энергия. Самое зловещее в том, что пузырек истинного вакуума, однажды возникнув, будет расти во все стороны.
Ложный вакуум, соприкасаясь с истинным, сам будет превращаться в истинный с выделением энергии.
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. Теория хаотической инфляции предполагает, что Вселенная может находиться либо в ложном вакууме, либо в истинном вакууме. Алан Гут в своем первоначальном предложении о космической инфляции предположил, что инфляция может прекратиться посредством квантово-механического зарождения пузырьков, описанного выше.
Историю теории хаотической инфляции. Вскоре стало понятно, что однородная и изотропная Вселенная не может быть сохранена с помощью бурного процесса туннелирования. Это привело к тому, что Андрей Линде и независимо друг от друга Андреас Альбрехт и Пол Стейнхардт предложили «новую инфляцию» или «инфляцию с медленным вращением», при которой туннелирование не происходит, а инфляционное скалярное поле вместо этого отображается как пологий наклон.
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.
Сейчас она принципиально невозможна. Забудьте о самой жизни.
Ее больше никогда не будет в том виде, к которому мы привыкли. Человечество , наша цивилизация, и любые следы нашего существования будут стерты навсегда. За доли секунды… Вакуумный распад Хотя этот сценарий звучит как начало какого-то безумного романа из 50-х годов прошлого века, это вполне реальная перспектива. Так может произойти, если Вселенная подвергнется процессу, известному как вакуумный распад. Именно он может запустить образование непобедимого пузыря смерти. Способного вызвать разрушение всего, что мы когда-либо знали… Страшно? И что это вообще такое. Для начала давайте переместимся в далекое прошлое. В первые доли секунды после Большого взрыва.
Вселенная все еще крошечная и невероятно, просто безумно горячая. Считается, что в таких условиях фундаментальные силы электромагнетизм, сильные и слабые ядерные взаимодействия и гравитация были объединены в одно универсальное взаимодействие. В тот момент времени мы могли бы описать столь разнообразные явления, как падение яблока с дерева, и распад ядра урана, с помощью единой системы уравнений. Такое положение вещей может существовать только при самых экстремальных температурах. Но когда Вселенная расширилась, она остыла настолько, что фундаментальные силы начали разделяться. До тех пор, пока, в конце концов, не стали четырьмя отдельным силам, которые мы знаем и очень любим сегодня. И именно в ходе этого процесса в почву физики просыпались прыткие семена будущей вакуумной подлянки. Квантовые поля Наши лучшие современные теории описывают Вселенную с помощью так называемых квантовых полей. Поле — это просто то, что имеет какое-то значение в какой-то точке пространства.
Ложный вакуум - Как пустота может уничтожить Вселенную в любую секунду
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. В чистом виде распад ложного вакуума в основное состояние происходит за счет квантово-вакуумных флуктуаций. Пузырь истинного вакуума расширяется внутри пузыря ложного вакуума в соответствии со специальной теорией относительности, не быстрее скорости света, и уничтожает всю материю первоначального мира.
Ученые предрекли гибель Вселенной и в доказательство представили видеоролик
Простейший вариант такой ситуации — это «хиггсовское» поле h r с такой плотностью потенциальной энергии его еще называют «потенциал» : Здесь r — это трехмерная пространственная координата, v — некоторая величина размерности энергии для настоящего хиггсовского поля она примерно равна 246 ГэВ. Минимальной энергия будет тогда, когда во всём пространстве поле h r будет равно константе: v или —v. Любое изменяющееся в пространстве поле обязательно приведет в целом к большей энергии. Высота потенциального барьера, разделяющего два минимума, равна Рис. В некоторых хиггсовских механизмах может возникнуть ситуация с двумя неравноправными вакуумами. Но оказывается, в неминимальных вариантах хиггсовского механизма возможна ситуация, напоминающая рис.
В них потенциал чуть-чуть перекошен «в пользу» одного из минимумов рис. Теперь самый важный момент. Два «вакуума» теперь разные. 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.
Вокруг этого вопроса проводилось множество опытов, которые должны помочь космологам проверить множество теорий, связанных с формированием Вселенной. В частности, данная работа позволит в дальнейшем изучать роль квантовых флуктуаций. 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.
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.
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.
Физики из Британии впервые воспроизвели процесс распада «ложного вакуума»
Ученые заявили, что из-за распада ложного вакуума Вселенная может быть разрушена. Некоторые учёные придерживаются мнения, что бозон Хиггса может находиться не в истинном состоянии вакуума, а в ложном. 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. 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 со ссылкой на Для ложного вакуума существует вероятность перехода в более глубокое вакуумное состояние, в том числе в истинный вакуум. Международная группа ученых продемонстрировала первые экспериментальные доказательства распада ложного вакуума, используя квантовомеханическую систему, состоящую из сверхохлажденного газа изотопов натрия-23.
Распад нестабильного вакуума
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. Представьте мяч, который катится с холма, — все другие поля «скатились» к подножию, но поле Хиггса могло застрять в маленькой впадине посреди него, из-за чего не достигло подножия. Если низшая возможная энергия, доступная полю, называется вакуумным состоянием, то эту впадину можно считать ложным вакуумом: он выглядит стабильным, но в нем на самом деле больше энергии, чем там, где поле Хиггса «хочет» быть. Чтобы понять, из-за чего поле Хиггса могло застрять, нужна немалая помощь математики, но в рамках этой статьи нам важно знать: физики считают, что полю Хиггса еще, возможно, есть где развернуться, прежде чем достичь вакуумного состояния. Проблема в том, что Вселенная зависит от свойств поля Хиггса в его нынешнем состоянии.
Это квантовая система, которая имеет свойства сверхтекучей жидкости и была охлаждена до температуры менее одного микрокельвина. Источник фото: Фото редакции Результаты экспериментов соответствовали численным моделям и подтверждали, что распад ложного вакуума имеет квантово-механическую природу. Ученые отмечают, что атомные сверхтекучие жидкости представляют идеальную платформу для изучения неравновесного квантового поля.
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. В чистом виде распад ложного вакуума в основное состояние происходит за счет квантово-вакуумных флуктуаций. Более подробно про ложный вакуум читайте в нашем материале «Из пустого в порожнее». Группа физиков под руководством Габриэля Феррари G. Ferrari из Трентского университета провела эксперимент с переохлажденным газом, состоящим из атомов изотопа натрия-23 23Na.
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. Однако для поля Хиггса это не так: его потенциал напоминает скорее «мексиканскую шляпу», чем «ямку», и более выгодным становится отличное от нуля положение. В результате все пространство оказывается пронизано полем постоянной напряженности, которое мешает частицам ускоряться и придает им массу — то есть полем Хиггса. 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.
Итальянские физики смоделировали и экспериментально подтвердили возможность распада ложного вакуума
Примечательно, что видео показывает как может погибнуть мир в результате распада ложного вакуума. Переход между ложным вакуумом и истинным затруднен из-за высокого энергетического барьера, однако может происходить квантовомеханическое туннелирование из одного состояния в другое. Однако количественный анализ распада ложного вакуума сопряжен с большой неопределенностью.
Ученые предрекли гибель Вселенной и в доказательство представили видеоролик
Некоторые учёные придерживаются мнения, что бозон Хиггса может находиться не в истинном состоянии вакуума, а в ложном. **Ученые из Великобритании впервые применили квантовый симулятор для просчета. Аннотация: На примере распада метастабильного состояния скалярного поля (конформный вакуум скалярных частиц над ложным классическим вакуумом).