Опубликовано в журнале Физика природы Полученные результаты дают экспериментальные доказательства образования пузырьков в результате ложного распада вакуума в квантовой системе. Гибель Вселенной может наступить из-за распада так называемого ложного вакуума, гласит одна из научных теорий. Автор ролика рассказывает о распаде ложного вакуума, как о спонтанном процессе, который может происходить как мгновенно так и постепенно. То есть теоретическая возможность распада ложного вакуума в истинный есть, но реально это займет астрономическое время.
Ложный вакуум - Как пустота может уничтожить Вселенную в любую секунду
| Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную | Автор ролика рассказывает о распаде ложного вакуума, как о спонтанном процессе, который может происходить как мгновенно так и постепенно. |
| Ученые рассказали о смерти Вселенной из-за распада вакуума | Некоторые теоретики предсказывают, что в определенных ситуациях распад ложного вакуума может ускоряться. |
Распад нестабильного вакуума
Юрий Медведев Предупреждение известного физика Стивена Хокинга о крайней опасности для всей Вселенной экспериментов на Большом адронном коллайдере с бозоном Хиггса не более чем очередная "страшилка". Об этом сказал корреспонденту "РГ" известный теоретик академик Валерий Рубаков. Чем же пугает Хокинг? По его мнению, бозон способен вызвать исчезновение двух фундаментальных основ мироздания - времени и пространства. Об этом он пишет в предисловии к новой книге "Starmus".
Это сборник лекций ведущих физиков. В основе новейшей концепции Хокинга лежит гипотеза о квантовом распаде вакуума. Она предполагает, что существует два вида вакуума с различными уровнями энергии - ложный и истинный. Предполагается, что наша Вселенная находится в ложном вакууме.
Согласно квантовой теории поля это стабильное состояние с определенным уровнем энергии. Что касается так называемого "истинного" вакуума, то он обладает наименьшей из всех возможных энергий. По мнению Хокинга, в ходе экспериментов с бозоном Хиггса он может быть переведен в такое нестабильное состояние, которое станет своеобразным тоннелем между ложным и истинным вакуумом.
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.
Так как квантовые частицы ведут себя волнообразно, есть вероятность, что они могут пройти сквозь препятствие, а не обойти его.
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.
Для детей старше 16 лет. Адрес электронной почты редакции: tsi udmtv.
Пузыри смерти: Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
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. Существуют способы кодирования вращательной, зеркальной и трансляционной симметрии, гарантирующие, что физика останется неизменной, как бы вы ни вращали, ни отражали и ни перемещали изучаемую систему. В уравнениях также могут быть закодированы и более тонкие виды симметрий, лучше всего описываемые с помощью теории групп и абстрактной алгебры; это удивительные разделы математики, обсуждение которых, к сожалению, выходит далеко за рамки данной работы. Нарушение электрослабой симметрии, которое произошло спустя 0,1 наносекунды после возникновения Вселенной, представляло собой своеобразную перестройку структуры физики на фундаментальном уровне.
После этого правила взаимодействия частиц радикально изменились. Парообразное поле Хиггса превратилось в океан. Однако водная аналогия не идеальна. Двигаясь сквозь толщу воды, вы замедляетесь, и если перестанете прикладывать усилия, то совсем остановитесь. Что касается массивных частиц, то их скорость не снижается по мере взаимодействия с полем Хиггса.
В вакууме любой объект стремится продолжать делать то, что он делает. Массивные частицы, как правило, путешествуют по Вселенной на очень высоких хотя и досветовых скоростях. Основное различие между массивными и безмассовыми частицами заключается в том, что массивным частицам, движущимся в вакууме, для ускорения требуется толчок, тогда как безмассовые частицы перемещаются со скоростью света без всяких усилий. На самом деле, безмассовые частицы просто не могут двигаться медленнее скорости света. Поэтому нам следует сказать спасибо, что поле Хиггса нарушило электрослабую симметрию, в противном случае мы не имели бы возможности просто спокойно посидеть.
Поле Хиггса не только позволило частицам обрести массу, но и определило некоторые из фундаментальных физических констант, в том числе заряд электрона и значения масс частиц. То физическое состояние, в котором мы существуем, называется «вакуумом Хиггса» или «вакуумным состоянием». Если бы поле Хиггса имело какое-то другое значение или симметрия нарушилась как-то иначе, мы, вероятно, вообще не могли бы существовать. Мы находимся во Вселенной, где массы и заряды частиц идеально подходят для того, чтобы частицы объединялись в молекулы, формировали сложные структуры и обеспечивали химические процессы, поддерживающие жизнь. Если бы поле Хиггса имело другое значение, такое деликатное равновесие, вероятно, не было бы достигнуто, что сделало бы невозможным формирование этих связей.
Своим материальным существованием мы обязаны тому факту, что поле Хиггса остановилось на нужном значении. И тут возникают некоторые риски. Эксперименты, проводимые на ускорителе БАК с целью воссоздания экстремальных условий ранней Вселенной, помогают нам не только лучше изучить существующие законы физики, но и понять, какими они могли бы быть при других обстоятельствах. В 2012 году, когда физикам наконец удалось создать бозон Хиггса в результате столкновения частиц, измерение его массы позволило получить недостающий фрагмент для завершения Стандартной модели физики элементарных частиц. Благодаря этому мы узнали не только о текущем значении поля Хиггса, но и обо всех возможных значениях, которые оно могло бы принять, появись у него такая возможность.
Хорошая новость: измеренная масса бозона Хиггса полностью соответствует хорошо обоснованной и математически последовательной формулировке Стандартной модели, которая до сих пор с блеском выдерживала все экспериментальные испытания. Плохая новость: последовательная Стандартная модель также говорит нам о том, что наш вакуум Хиггса — идеально сбалансированный набор законов, управляющих физическим миром, — нестабилен. В таком случае дни нашего прекрасного космоса, судя по всему, сочтены. Шаткое положение космоса Идея о том, что наш вакуум может оказаться нестабильным, не нова. Уже в 1960-х и 1970-х годах физики писали статьи о возможном и катастрофическом для Вселенной процессе распада, способном уничтожить жизнь какой мы ее знаем, и любую возможность существования организованной материи.
В то время распад вакуума был просто идеей, с которой можно забавляться в уравнениях, не имея никаких подтверждающих ее экспериментальных данных. Сейчас все иначе. Чтобы разобраться с распадом вакуума, сначала нужно познакомиться с концепцией потенциала, математической конструкцией, описывающей то, как может измениться значение поля и где оно «предпочитает» находиться. Поле Хиггса можно представить в виде камешка, катящегося по склону долины. Форма этого склона и есть потенциал.
Подобно тому, как камешек стремится оказаться на дне долины, поле Хиггса будет искать состояние с самой низкой энергией, соответствующее наименьшему значению потенциала, и остановится на нем, если ему ничто не помешает. Потенциал можно изобразить в виде U-образной кривой, нижняя часть которой соответствует этой самой долине. Нарушение электрослабой симметрии привело к возникновению потенциала, управляющего полем Хиггса, и, как мы думаем, это поле благополучно обосновалось на дне долины. Проблема в том, что истинное дно может находиться в гораздо более низкой части потенциала и соответствовать другому вакуумному состоянию.
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. Удобная навигация, ежедневное обновление информации, ссылки на фото и видеорепортажи. Новости в Кемерово и в Кузбассе - наш главный приоритет.
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. 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».
По мнению ученых, наблюдаемый мир находится в истинном или ложном вакуумном состоянии. В первом случае можно говорить о минимальном энергетическом состоянии хиггсовского поля. Для второго же есть отличная от нуля вероятность перехода в более глубокий, в частности, истинный вакуум.
Пузыри смерти или Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
| Что произошло в мире науки. Вечерний дайджест | СМИ заполонили тревожные сообщения: мол, физики устроили распад ложного вакуума — явление, способное уничтожить Вселенную. |
| Сеть взорвало ВИДЕО смерти Вселенной под влиянием распада вакуума - | То есть теоретическая возможность распада ложного вакуума в истинный есть, но реально это займет астрономическое время. |
| Сеть взорвало ВИДЕО смерти Вселенной под влиянием распада вакуума - | Сложность вызова события, обладающего достаточно высокой энергией для инициирования распада вакуума, обусловлена высотой потенциального барьера между ложным и истинным вакуумом. |
Физики увидели распад ложного вакуума
Однако количественный анализ распада ложного вакуума сопряжен с большой неопределенностью. Многие российские СМИ новости вроде «Физики увидели распад ложного вакуума». Распад ложного вакуума играет в этой теории роль Большого взрыва. Многие российские СМИ новости вроде «Физики увидели распад ложного вакуума».
Физики показали гибель Вселенной вследствие распада вакуума - ГТРК Удмуртия
В этом случае материя Вселенной будет разрушена, однако, по оценкам ученых, это займет слишком много времени, чтобы угрожать существованию человеческой цивилизации.
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.
Ученые отмечают, что атомные сверхтекучие жидкости представляют идеальную платформу для изучения неравновесного квантового поля. Эти открытия открывают новые возможности для более глубокого понимания физики и квантовой механики.
Результаты их исследования были опубликованы в журнале Nature Physics. Ложный вакуум в квантовой теории поля — это состояние с низким уровнем энергии, которое считается относительно стабильным, но способно переходить в состояние истинного вакуума с еще более низким уровнем энергии.
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.
Физик уточнил скорость распада ложного вакуума
Смотрите видео на тему «распад ложного вакума» в TikTok (тикток). Видео: YouTube/Kurzgesagt Ученые наглядно показали, как распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную. Примечательно, что видео показывает как может погибнуть мир в результате распада ложного вакуума. Распад ложного вакуума. Гибель Вселенной может наступить из-за распада ложного вакуума, об этом гласит одна из научных теорий. Речь идет о потенциальном процессе, известном как распад ложного вакуума.
Позитроны укажут на распад вакуума при столкновении тяжёлых ионов
Naked Science разъяснил новости о конце света из-за распада ложного вакуума. На канале Kurzgesagt ученые рассказали о возможном механизме уничтожения Вселенной, которое может произойти в результате распада ложного вакуума. Опубликовано в журнале Физика природы Полученные результаты дают экспериментальные доказательства образования пузырьков в результате ложного распада вакуума в квантовой системе. Результаты эксперимента соответствовали численным моделям и подтверждали квантово-механическую природу распада ложного вакуума. Точнее, есть бесконечный ложный вакуум, который расширяется с бесконечно огромной скоростью, и в нем возникают зоны распада, где формируются вселенные, как пузырьки углекислоты в открытой бутылке газировки.
Физики из Британии впервые воспроизвели процесс распада «ложного вакуума»
Как утверждают исследователи, наша вселенная находится в ложном или истинном вакуумном состоянии. Основное отличие двух этих состояний заключается в том, что истинное является минимальным значением всех энергий и практически полным отсутствием частиц и полей и как раз таки называется вакуумом, а ложное — минимальное, однако не настолько, то есть, существуют вакуумы и со значительно более низкими значениями. Суть катастрофы и заключается в распаде ложного вакуума, который, считают эксперты, начнет приближаться к состоянию истинного под воздействием сторонних сил.
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. Поскольку рассчитать вероятность рождения электрон-позитронных пар на фоне движущихся ионов очень сложно даже численно, ученые сделали несколько приближений.
Гипотетически такое поле могло бы уничтожить Землю за долю секунды, и предотвратить это было бы невозможно. Более того, учёные не исключают, что где-то в далёком космосе такой процесс уже мог стартовать — хотя если это произошло достаточно далеко, Землю от последствий защитит тот факт, что Вселенная непрерывно расширяется. Впрочем, специалисты признают, что описанный ими сценарий вполне может быть ошибочным — он основывается на современном понимании того, как «работает» Вселенная, и в будущем может выясниться, что на сегодняшний день понимание это является неполным или неточным. Впрочем, специалисты считают, что большинству людей на Земле стоит беспокоиться не о таких сугубо гипотетических угрозах для Земли, как распад ложного вакуума, а о вполне «бытовых» проблемах, с которыми сталкивается наша планета, большая часть которых является прямым следствием ухудшения экологической обстановки.
Энергия E выше, чем в состоянии истинного вакуума основное состояние , но потенциальный барьер препятствует переходу поля. Такое состояние стабильно в течение определённого времени метастабильно , но может « туннелировать » в состояние истинного вакуума. В одной из гипотез « раздувающейся Вселенной » из ложного вакуума вскоре после появления Вселенной могла образоваться не одна, а множество метагалактик в том числе и наша [2] , в таком случае Большой взрыв — переход ложного вакуума в обычный [3].
Пузыри смерти или Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
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.
В результате ученые выяснили, как вероятность рождения электрон-позитронных пар зависит от относительной скорости ионов. Однако при повышении суммарного заряда пары ионов график вероятности начинал резко загибаться вверх при низких значениях энергии, которые отвечали "почти лобовым" столкновениям. Чтобы увидеть это загибание, ученые проверили, как производная вероятности рождения пар зависит от суммарного заряда ионов. Другими словами, при таких зарядах зависимость перестает быть монотонной, в ней появляется минимум. Следовательно, вероятность рождения электрон-позитронной пары при "почти лобовом" столкновении можно использовать как индикатор распада.
При этом ученые подчеркивают, что монопольное приближение, которое использовалось в расчетах, хорошо работает при "почти лобовых" столкновениях. Также ученые отмечают, что предложенную вероятность уже сейчас можно измерить на практике. Процесс, рассмотренный группой Шабаева, отдаленно напоминает распад ложного вакуума, который теоретически обнаружил в 1977 году Сидни Коулмен. В этом процессе речь идет о вакууме скалярного поля Хиггса, равномерно заполняющего нашу Вселенную.
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.
Исходя из соображений размерности, оцените коэффициент поверхностного натяжения стенки в этой задачи. После этого найдите критический размер пузыря, который должен появиться где-нибудь во Вселенной, чтобы с него начался распад вакуума. На последнем шаге постарайтесь понять, как вероятность появления такого пузыря во Вселенной зависит от его размера. Затем подставьте найденный размер и получите ответ.
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. Поскольку рассчитать вероятность рождения электрон-позитронных пар на фоне движущихся ионов очень сложно даже численно, ученые сделали несколько приближений. Во-первых, ученые рассматривали столкновение ионов как классическое рассеяние Резерфорда , в ходе которого ионы приближаются друг к другу на заранее известное минимальное расстояние, отталкиваются и снова разлетаются на бесконечность.
При этом энергия столкновений ограничена снизу энергией "лобового" столкновения, что, в свою очередь, накладывает ограничения на скорость ионов.