изучить квазиклассический метод вычисления вероятности распада ложного вакуума с помощью отскокового решения. В случае ложного вакуума вероятность того, что большая область пространства туннелирует в состояние истинного вакуума, совершенно ничтожна.
Что произошло в мире науки. Вечерний дайджест
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. Однако количественный анализ распада ложного вакуума сопряжен с большой неопределенностью. Результаты экспериментов соответствовали численным моделям и подтверждали, что распад ложного вакуума имеет квантово-механическую природу. Этот эксперимент демонстрирует возможность исследования распада ложного вакуума и его последствий для физики и космологии в контролируемых атомных системах. Гибель Вселенной может наступить из-за распада ложного вакуума, об этом гласит одна из научных теорий. **Ученые из Великобритании впервые применили квантовый симулятор для просчета.
Распад ложного вакуума
| Распад ложного вакуума - False vacuum decay - | В этом видео поговорим о космической пустоте, о распаде ложного вакуума, о том насколько такое событие вероятно, и как это может произойти. |
| Позитроны укажут на распад вакуума при столкновении тяжёлых ионов | В случае ложного вакуума вероятность того, что большая область пространства туннелирует в состояние истинного вакуума, совершенно ничтожна. |
| Опубликовано видео, показывающее уничтожение Вселенной из-за распада вакуума | В чистом виде распад ложного вакуума в основное состояние происходит за счет квантово-вакуумных флуктуаций. |
Ученые предрекли гибель Вселенной и в доказательство представили видеоролик
Эксперимент был проведен с использованием переохлажденного газа изотопов натрия-23, который при температуре менее одного микрокельвина обретает свойства сверхтекучей жидкости. В эксперименте ученые использовали ферромагнитный атомный конденсат Бозе-Эйнштейна, где ложный и истинный вакуум соответствовали локальному и глобальному минимумам энергии. Результаты наблюдений согласуются с численными моделями и подтверждают квантово-механическую природу распада, демонстрируя, что атомные сверхтекучие жидкости являются идеальным инструментом для исследования явлений неравновесного квантового поля. Бозе-конденсат — это особое состояние материи, возникающее при охлаждении бозонов почти до абсолютного нуля.
Главный редактор Панина Елена Валерьевна. Редактор сайта Кузнецов Николай Владимирович.
Для детей старше 16 лет.
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. Ложный и истинный вакуум в эксперименте представляли собой локальный и глобальный минимумы энергии ферромагнитного атомного конденсата Бозе-Эйнштейна.
Представленное Kurzgesagt видео посвящено второй ситуации. В этом случае материя Вселенной будет разрушена, однако, по оценкам ученых, это займет слишком много времени, чтобы угрожать существованию человеческой цивилизации.
Распад ложного вакуума
Гибель Вселенной может наступить из-за распада ложного вакуума, об этом гласит одна из научных теорий. Если это ложный вакуум, то его самопроизвольный распад произойдет намного позже естественной смерти Солнца. Переход хиггсовского поля в состояние истинного вакуума вызовет вселенский распад материи, продемонстрировали ученые проекта Kurzgesagt. Этот эксперимент демонстрирует возможность исследования распада ложного вакуума и его последствий для физики и космологии в контролируемых атомных системах. Гибель Вселенной может наступить из-за распада ложного вакуума, об этом гласит одна из научных теорий.
Распад вакуума уничтожит Вселенную
В теоретической физике такое состояние принято называть вакуумом. 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 существующие теоретические работы могут предсказать, как часто происходит образование пузырей, экспериментальных доказательств не так уж и много. Теперь международная исследовательская группа с участием ученых впервые наблюдала, как эти пузыри формируются в тщательно контролируемых атомных системах. Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предлагают экспериментальные доказательства образования пузырей в результате распада ложного вакуума в квантовой системе. Результаты подтверждаются как теоретическим моделированием, так и численными моделями, подтверждающими квантово-полевую природу распада и его термическую активацию, открывая путь к моделированию неравновесных явлений квантового поля в атомных системах.
Исследование открывает новые возможности в понимании ранней Вселенной, а также ферромагнитных квантовых фазовых переходов. Этот новаторский эксперимент — лишь первый шаг в изучении распада вакуума. Конечная цель — найти распад вакуума при температуре абсолютного нуля, где этот процесс обусловлен исключительно квантовыми флуктуациями вакуума.
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. В эксперименте ученые использовали ферромагнитный атомный конденсат Бозе-Эйнштейна, где ложный и истинный вакуум соответствовали локальному и глобальному минимумам энергии. Результаты наблюдений согласуются с численными моделями и подтверждают квантово-механическую природу распада, демонстрируя, что атомные сверхтекучие жидкости являются идеальным инструментом для исследования явлений неравновесного квантового поля.
5 сценариев смерти Вселенной
Суть катастрофы и заключается в распаде ложного вакуума, который, считают эксперты, начнет приближаться к состоянию истинного под воздействием сторонних сил. Если все пути распада ведут к очень массивным частицам, энергетический барьер такого распада может привести к образованию стабильного пузыря ложного вакуума (также известного как шар Ферми), окружающего частицу ложного вакуума. Переход между ложным вакуумом и истинным затруднен из-за высокого энергетического барьера, однако может происходить квантовомеханическое туннелирование из одного состояния в другое. Результаты эксперимента соответствовали численным моделям и подтверждали квантово-механическую природу распада ложного вакуума.
Физики из Кембриджского университета впервые смоделировали распад ложного вакуума
Ученые отмечают, что атомные сверхтекучие жидкости являются идеальной средой для изучения неравновесных квантовых полей. Это открытие имеет большое значение для фундаментальной науки и может иметь даль-reaching последствия для наших знаний о физических процессах. Они могут пролить свет на основы Вселенной и помочь понять ее структуру и эволюцию. Данное исследование открывает новые горизонты в квантовой физике и может привести к новому пониманию мироздания, изменяя наш взгляд на фундаментальные законы природы.
В частности, именно поэтому некоторые люди боятся экспериментов на LHC — они считают, что эти эксперименты могут вызвать подобный переход. В действительности такие опасения не очень основательны, поскольку энергии, достигаемые на коллайдере малы — их недостаточно для появления пузырей истинного вакуума. 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.
Таким триггером может послужить сверхмощный взрыв, катастрофическое испарение черной дыры или злосчастное квантовое туннелирование о котором мы поговорим подробнее чуть позже. Если в любой точке космоса произойдет что-то подобное, будет запущен целый каскад апокалиптических событий, которому ничто во Вселенной не сможет противостоять. Все начнется с возникновения пузыря. На месте события-триггера образуется крошечный пузырь истинного вакуума. Он будет заключать в себе совершенно иной вид пространства, в котором физические процессы подчиняются другим законам, а частицы обладают иными свойствами.
В момент формирования этот пузырь представляет собой бесконечно малое пятнышко. Однако он окружен чрезвычайно высокоэнергетической стенкой, способной сжечь все, с чем соприкоснется. Затем пузырь начнет расширяться. Поскольку истинный вакуум является более стабильным состоянием, Вселенная его «предпочитает» и переходит в него при первой же возможности, подобно тому, как камешек скатывается по склону, оказавшись на его вершине. Как только возникнет этот пузырь, поле Хиггса вокруг него внезапно опустится в истинный минимум.
Исходное событие как бы выводит из шаткого равновесия все камешки, расположенные в непосредственной близости, что вызывает сход лавины. Все большая часть пространства начнет переходить в состояние истинного вакуума. Все, чему не повезет оказаться на пути расширения пузыря, сначала столкнется с его высокоэнергетической стенкой, движущейся почти со скоростью света, а затем подвергнется процессу, который можно назвать «тотальной диссоциацией», поскольку силы, которые ранее удерживали частицы вместе в атомах и ядрах, перестанут функционировать. То, что вы не увидите приближения этой стенки, вероятно, к лучшему. Каким бы драматичным ни выглядело вышеприведенное описание, если вы окажетесь на пути расширения пузыря, вы этого не заметите.
То, что движется на вас со скоростью света, для вас невидимо, — любой намек, предупреждающий о приближении пузыря, достигнет вас одновременно с ним. Вы никак не сможете узнать о том, что на вас что-то надвигается, или просто заметить малейший признак опасности. Если пузырь приблизится к вам снизу, то в течение пары наносекунд с момента исчезновения ваших ног вы все еще будете их видеть. К счастью, этот процесс совершенно безболезненный: ни на каком этапе ваши нервные импульсы не смогут угнаться за процессом вашего распада. Хотя бы этому можно порадоваться.
Разумеется, вами пузырь не ограничится. Любую планету или звезду, оказавшуюся в пределах его постоянно расширяющегося радиуса, постигнет та же участь. Целые галактики будут уничтожены. Истинный вакуум полностью обнулит всю Вселенную. Уцелеют лишь те области, которые в силу своей удаленности навсегда останутся за горизонтом пузыря благодаря ускоренному расширению космического пространства.
Пузырь истинного вакуума. Если распад вакуума произойдет в каком-то месте космоса, это событие породит пузырь, расширяющийся во все стороны со скоростью света и уничтожающий всё на своем пути. На самом деле вполне возможно, что пока мы тут сидим и спокойно пьем чай, распад вакуума где-то уже происходит. Может быть, нам повезло, и пузырь находится за пределами нашего космического горизонта, поглощая галактики, о которых мы ничего не знаем. А может быть, он произошел по космическим меркам прямо по соседству, и уже тихо подкрадывается, чтобы застать нас врасплох.
Нарываясь на неприятности Однако переживать по поводу возможного распада вакуума не стоит. В самом деле. По нескольким причинам. Среди них есть и очевидные: вы не сможете остановить этот процесс, если он начнется; вы не сумеете предсказать его начало; судя по всему, вам не будет больно; кроме того, скучать по вам в любом случае будет некому, так что какой смысл беспокоиться? Лучше проверьте батарейки в пожарной сигнализации, добейтесь закрытия угольных электростанций или что-нибудь в этом роде.
Но если по какой-то причине эти доводы не кажутся вам достаточно обнадеживающими, я могу с достаточной степенью уверенности заявить, что распад вакуума вряд ли произойдет в течение следующих триллионов лет. Теоретически он может быть вызван несколькими причинами. Самой очевидной является некое высокоэнергетическое событие, которое можно представить в виде землетрясения, выбивающего камешек из углубления в склоне и позволяющего ему отправиться на дно долины. К счастью, «землетрясение» такой невообразимой силы маловероятно. По нашим оценкам, это событие должно быть гораздо более высокоэнергетическим, чем самые разрушительные из наблюдаемых нами космических взрывов, и безусловно на много порядков превосходить все то, что мы способны устроить с помощью таких созданных человеком машин, как Большой адронный коллайдер.
Если у нас когда-либо опять возникнут подобные опасения, мы всегда можем вновь сослаться на тот факт, что столкновения частиц в космосе достигают и всегда достигали гораздо более высоких уровней энергий, чем те, которые способен обеспечить БАК или любая другая машина. Раз уж мы пережили их последствия, значит, наши современные ускорители частиц точно не представляют никакой опасности. Сложность вызова события, обладающего достаточно высокой энергией для инициирования распада вакуума, обусловлена высотой потенциального барьера между ложным и истинным вакуумом. Если вернуться к аналогии с камешком, застрявшим в углублении склона долины, то потенциальный барьер — это выступающая кочка, придающая этому углублению форму кармана. Согласно нашему лучшему предположению относительно формы потенциала поля Хиггса, этот карман довольно глубок и отделен от минимума, соответствующего истинному вакууму, высоким горным хребтом.
Количество энергии, которое потребовалось бы для того, чтобы перебросить камешек через хребет или заставить поле Хиггса преодолеть его потенциальный барьер , настолько велико, что об этом не стоит беспокоиться. Вот только… мы живем во Вселенной, которая не подчиняется подобным правилам. В основе нашего космоса лежит квантовая механика, а она говорит о том, что если вы существуете в субатомном масштабе, путь, по которому вы добираетесь из одного места в другое, изредка может быть проложен прямо сквозь твердые объекты. Если вы стоите перед стеной, то вместо того, чтобы перепрыгивать через нее, вы можете просто пройти насквозь. Особенно если вы являетесь полем Хиггса.
Туннелирование в бездну Идея квантового туннелирования может показаться научно-фантастической или сугубо теоретической концепцией, с которой забавляются физики, записывая непонятные уравнения. Квантовая механика действительно говорит о том, что мы никогда не можем точно определить, где находится частица или по какой траектории она движется. Поэтому для того, чтобы математика сработала, нужно выполнить вычисления для всех траекторий, включая самые странные, предполагающие, что частица перемещается из одной части лаборатории в другую через кофейню, находящуюся в другом городе. Однако это не значит, что частица действительно так делает, верно? Оказалось, что на вопрос о том, как на самом деле ведет себя частица, ответить очень трудно.
Именно поэтому ученые на протяжении многих десятилетий спорили по поводу интерпретаций квантовой механики. То, как частица путешествует между точками А и Б, по-прежнему остается в некотором смысле загадкой, как и то, почему, будучи небольшим локализованным объектом, частица подчиняется математике, описывающей распространяющиеся в пространстве волны. Тем не менее данные, с которыми согласны все, очень ясно дают понять, что туннелирование сквозь, казалось бы, непроходимые барьеры случается регулярно. Если уж частица оказалась зажатой в каком-то промежутке, стена ее не остановит. Подобное мастерство побега настолько характерно для частиц, что люди, разрабатывающие такие устройства как сотовые телефоны и микропроцессоры, вынуждены учитывать вероятность, что какой-нибудь электрон может внезапно материализоваться на другой стороне чипа.
Это свойство даже применяется в некоторых технологиях, включая флеш-память. А сканирующие туннельные микроскопы используют так называемый туннельный ток для получения изображений отдельных атомов исследуемой поверхности. Свойство электронов перепрыгивать через короткие промежутки или протискиваться сквозь изоляционные барьеры может показаться хорошим трюком, однако все становится гораздо более зловещим, когда вы понимаете, что на квантовое туннелирование способны не только частицы, но и поля. Например, поле Хиггса, отделенное от состояния истинного вакуума потенциальным барьером, может туннелировать прямо в него. Как только вы это осознаете, единственная граница, отделяющая нашу гостеприимную Вселенную от тотальной космической катастрофы, покажется вам гораздо менее солидной.
Хорошая в некотором роде новость заключается в том, что даже такое странное событие, как квантовое туннелирование, следует определенным правилам, по крайней мере, когда речь идет об ожидаемой частоте его наступления. Вероятность туннелирования зависит от физических характеристик системы, а это означает, что вероятность наступления такого события в течение заданного периода времени можно достаточно точно определить. Разумеется, на это способен далеко не каждый. Но какой бы сложной ни была квантовая механика для понимания или интерпретации, она, по крайней мере, позволяет производить расчеты. Однако эти расчеты не дают нам ничего более определенного, чем оценка вероятности.
Мы не можем с уверенностью заявить, что поле Хиггса не туннелирует из ложного вакуума в истинный и не создаст квантовый пузырь смерти прямо рядом с вами в течение следующих 30 секунд, запустив процесс всеобщего уничтожения. Мы можем сказать лишь то, что такой сценарий крайне маловероятен. Во всяком случае, в части «следующих 30 секунд». Если наш вакуум действительно является метастабильным, то, строго говоря, этот пузырь однажды должен возникнуть. Согласно лучшим из имеющихся оценок, наш уютный вакуум вряд ли подвергнется радикальному изменению в ближайшее время, — на данный момент этот период оценивался в 10100 лет.
К тому времени мы, вероятно, будем находиться в процессе тепловой смерти, а если нам совсем не повезет, — переживать Большой разрыв. В последнем случае мгновенное безболезненное уничтожение может показаться не таким уж плохим вариантом. Итак, технически я не могу утверждать, что распад вакуума не может произойти в любой момент. Я также не могу сказать наверняка, что это уже не случилось где-то в Солнечной системе, в другой части Млечного Пути или в другой галактике и не породило расширяющийся со скоростью света пузырь, тихо приближающийся к нам прямо сейчас. Однако если паранойя все-таки не дает вам покоя, я могу заверить вас в том, что у вас гораздо больше шансов быть пораженным молнией, попасть под машину, сгинуть под копытами разбушевавшегося быка или получить по голове метеоритом, чем столкнуться с пузырем истинного вакуума.
Но есть еще одно обстоятельство. Мы уже сказали, что не можем вызвать распад вакуума, сталкивая частицы высокой энергии, а спонтанное туннелирование настолько маловероятно, что нам, пожалуй, стоит просто забыть о нем. Однако недавно физики описали еще один вариант уничтожения Вселенной вследствие распада вакуума и, надо сказать, довольно интересный. Маленькая, но смертоносная В 2014 году Рут Грегори, Ян Мосс и Бенджамин Уизерс, опираясь на предыдущие работы в этой области, опубликовали статью, которая привлекла мое внимание. В ней говорилось о том, что хотя спонтанный распад вакуума происходит очень медленно, присутствие черной дыры может значительно ускорить этот процесс и сделать его более интересным.
Конец Вселенной: ученые показали, к чему приведет распад вакуума Берлин , 25 октября, 2016, 09:49 — ИА Регнум. Гибель Вселенной может наступить из-за распада так называемого ложного вакуума, гласит одна из научных теорий. Видеоролик, доступно объясняющий этот процесс, опубликован на канале Kurzgesagt хостинга YouTube.
Что произошло в мире науки. Вечерний дайджест
Физики увидели распад ложного вакуума Итальянские физики зарегистрировали распад ложного вакуума в ферромагнитной сверхтекучей жидкости. NP: процесс распада ложного вакуума впервые наблюдали в бозе-конденсатеИзображение: Nature Physics (2024) / дународная группа ученых получила первые экспериментальные доказательства распада ложного вакуума. Результаты исследования. Но чтоб ещё и ложный вакуум, и чтобы он ещё и распадался — до такого извращения даже мы не доходили. Многие российские СМИ новости вроде «Физики увидели распад ложного вакуума».
Впервые получены доказательства распада 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. Гибель Вселенной может наступить из-за распада так называемого ложного вакуума, гласит одна из научных теорий. Результаты эксперимента соответствовали численным моделям и подтверждали квантово-механическую природу распада ложного вакуума. При нарушении тонкого баланса между квантовыми частицами поле Хиггса вырвалось бы из ложного вакуума, порождая по всей Вселенной эффект домино под названием распад вакуума. То есть теоретическая возможность распада ложного вакуума в истинный есть, но реально это займет астрономическое время.