Самым невероятным концом света стало бы уничтожение мира в результате распада ложного вакуума.
Физики из Британии впервые воспроизвели процесс распада «ложного вакуума»
Сравнение временных характеристик формирования пузырька истинного вакуума с численным моделированием. Zenesini et al. Физики измеряли профили намагниченности системы в зависимости от времени и наблюдали ее пузырьковообразный переход в глобальный минимум по энергии.
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. А на самом деле оно просто метастабильно. То есть при фазовом переходе, который привел к отделению поля Хиггса, оно застряло со своей псевдонулевой энергией на локальном энергетическом минимуме. А не на истинном глобальном минимуме.
Это похоже на то, как мяч, катящийся с холма, зацепляется за выступ, вместо того, чтобы пролететь полностью весь склон. То есть мяч этот условно стабилен. Но имеет запас потенциальной энергии, не равный нулю относительно подножия холма. Таким образом, поле Хиггса демонстрирует ложный вакуум. То есть оно еще не заняло свою истинную точку с нулевой энергией. Точно так же, как требуется добавление энергии, чтобы сдвинуть мяч с уступа и позволить ему скатиться в долину, например, от удара ногой, может получить толчок энергии и поле Хиггса. Это выведет его из нахождения в состоянии локального минимума энергии и доведет до точки истинной нулевой энергии. Или состояния истинного вакуума. Это и есть вакуумный распад. Энергетический толчок, необходимый для начала этого процесса, мог вполне произойти вблизи горизонта событий крошечных первичных черных дыр.
И были даже опасения, что столкновения частиц с чрезвычайно высокими энергиями на Большом Адронном коллайдере могут вызвать этот самый вакуумный распад. При проведении, кстати, работ, по поискам бозона Хиггса как это иронично.
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. Внутри пузыря ложного вакуума может возникнуть пузырь истинного вакуума. Эволюция Вселенной в этом случае происходит за счет распада первоначального метастабильного состояния. Пузырь истинного вакуума расширяется внутри пузыря ложного вакуума в соответствии со специальной теорией относительности, не быстрее скорости света, и уничтожает всю материю первоначального мира.
Поэтому и говорят о возможной гибели наблюдаемой Вселенной. Однако количественный анализ распада ложного вакуума сопряжен с большой неопределенностью. Главное, что необходимо сделать, — это оценить вероятность рождения пузыря новой космологической фазы. Есть два основных подхода, позволяющих максимально упростить задачу и получить явные выражения для вероятности перехода — приближения тонкой и толстой стенок. В качестве базового объекта выступает потенциал Хиггса иначе — Гинзбурга-Ландау Стандартной модели — современной концепции физики элементарных частиц.
Согласно квантовой теории поля, ложным вакуумом называют состояние с малым значением энергии, которое является относительно стабильным метастабильным , но может переходить в состояние с минимальной возможной энергией, называемое истинным вакуумом. Переход между ложным вакуумом и истинным затруднен из-за высокого энергетического барьера, однако может происходить квантовомеханическое туннелирование из одного состояния в другое.
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.
Распад нестабильного вакуума
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. 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. Из множества альтернативных вариантов конца Вселенной ничто не может быть таким страшным, как “распад ложного вакуума”. Ученые показали возможный механизм смерти Вселенной в результате распада ложного вакуума. То есть теоретическая возможность распада ложного вакуума в истинный есть, но реально это займет астрономическое время.
Смерть Вселенной из-за распада вакуума показали на видео
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. 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.
Ложный вакуум - это состояние с низкой энергией, стабильное и считающееся прочным. Однако переход в состояние минимальной энергии, или истинного вакуума, затруднен из-за высокой энергетической плотности. 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.
Физики отмечают, что предложенный ими метод позволит подробнее изучить распад ложного вакуума квантовых состояний. Кстати, наш вакуум вполне вероятно тоже является ложным. Автор: Дмитрий Рудик.
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.
Предсказанный Хокингом конец света оказался очередной "страшилкой"
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. Однако есть исключение — если новая фаза каким-либо образом возникнет в непосредственной близости от человечества.
Тогда Земля может погибнуть практически мгновенно.
Научный обозреватель Forbes Анатолий Глянцев объясняет, может ли апокалипсис стать расплатой за любопытство Анатолий Глянцев Иллюстрация Getty Images Распад ложного вакуума — это физическое явление, способное уничтожить каждый атом во Вселенной. Если судить по некоторым заголовкам, именно его недавно и наблюдали ученые. 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.
Гиря, выпущенная из рук, приходит в состояние наименьшей энергии, то есть падает на пол. Но если дело происходит на третьем этаже, есть нюанс. Уровень, в котором оказалась гиря — отнюдь не самый низкий в доме. Просто она не смогла пробить пол и добраться до второго этажа, не говоря уж о первом.
Самый глубокий минимум энергии поля называется истинным вакуумом. В нашей аналогии это уровень земли. Все остальные минимумы, если они есть пол на верхних этажах — ложные вакуумы. До поры до времени ложный вакуум ведет себя как истинный. 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.
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. 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.
Итальянские физики смоделировали и экспериментально подтвердили возможность распада ложного вакуума
Новости сайта дублируются в социальных сетях. К каждой новости можно добавить комментарий. В разделе «Фоторепортажи», мы размещаем интересные фотографии, а также видеоролики со всего света. Раздел «Комментарии» - мнения известных людей по актуальным вопросам.
Особый взгляд на факты и события в разделе «В цифрах». Мы проводим еженедельные «Опросы» среди наших читателей.
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.
Похожий сценарий приводит к гораздо более драматичной смерти, причём гораздо раньше. В этой модели тёмная энергия ускоряет расширение Вселенной экспоненциально, в конечном итоге разрывая на части саму материю. Большое сжатие. По этому сценарию расширение Вселенной со временем меняется на сжатие, и Вселенная коллапсирует, а в итоге схлопывается обратно в сингулярность.
Это возможно, если плотность материи в космосе достаточно высока. Тогда её гравитация может преодолеть расширение. Разные учёные дают разные оценки того, когда может начаться эта фаза сжатия — через миллионы или миллиарды лет.
Исследование показало, что атомные сверхтекучие жидкости предоставляют идеальную платформу для экспериментального подтверждения этого явления. 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.
Пузыри смерти: Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
В чистом виде распад ложного вакуума в основное состояние происходит за счет квантово-вакуумных флуктуаций. Если это ложный вакуум, то его самопроизвольный распад произойдет намного позже естественной смерти Солнца. В случае ложного вакуума вероятность того, что большая область пространства туннелирует в состояние истинного вакуума, совершенно ничтожна. Ученые считают, что Вселенная может быть разрушена с помощью распада ложного вакуума, который находится в космическом пространстве.
Ученые показали на видео процесс разрушения Вселенной из-за распада вакуума
| Ложный вакуум - Как пустота может уничтожить Вселенную в любую секунду | В этом видео поговорим о космической пустоте, о распаде ложного вакуума, о том насколько такое событие вероятно, и как это может произойти. |
| Ложный вакуум — Википедия | Видео: YouTube/Kurzgesagt Ученые наглядно показали, как распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную. |
| Опубликовано видео, показывающее уничтожение Вселенной из-за распада вакуума | Этот эксперимент демонстрирует возможность исследования распада ложного вакуума и его последствий для физики и космологии в контролируемых атомных системах. |
| Итальянские физики смоделировали и экспериментально подтвердили возможность распада ложного вакуума | Пузырь истинного вакуума расширяется внутри пузыря ложного вакуума в соответствии со специальной теорией относительности, не быстрее скорости света, и уничтожает всю материю первоначального мира. |
Как Вселенная разрушится от распада вакуума?
Из множества альтернативных вариантов конца Вселенной ничто не может быть таким страшным, как “распад ложного вакуума”. 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. Недавно некоторые СМИ сообщили, что ученые впервые наблюдали распад ложного вакуума.
Ученые получают доказательства распада ложного вакуума
Подходит для оперирования кротовой норой, технологий для покрытия космических далей. А само Мироздание, сам вакуум состоит из трёх частиц - протон, нейтрон и электрон, этакие кирпичики Мироздания.
Зависимость величины поля слева и энергии справа от расстояния до центра пузырька. 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.
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. Представленное Kurzgesagt видео посвящено второй ситуации.
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. Что же может вытолкнуть его из этой впадины? Скорее всего, для этого потребовался бы невероятный объем энергии.
Но это также может произойти из-за странного квантового феномена, известного как квантовое туннелирование.
Ученые получают доказательства распада ложного вакуума
Уже примерно неделю замечаю в СМИ новости про физиков, которые «увидели распад ложного вакуума». Пузырение: в лаборатории квантовых газов в Тренто команда создала сверхтекучую спиновую смесь атомов натрия в состоянии ложного вакуума (синий) и наблюдала и изучала ее распад до состояния истинного вакуума (красный) посредством образования спиновых пузырей. 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. С такого пузыря начинается квантовый распад ложного вакуума в теориях с неравноправными вакуумами. Для ложного вакуума существует вероятность перехода в более глубокое вакуумное состояние, в том числе в истинный вакуум.
Распад вакуума
| Смерть Вселенной из-за распада вакуума показали на видео | Поскольку ложный вакуум нестабилен, он в итоге распадется, порождая огненный сгусток, и на этом инфляция заканчивается. |
| Открытие распада ложного вакуума: ученые получили доказательства | Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предлагают экспериментальные доказательства образования пузырей в результате распада ложного вакуума в квантовой системе. |