Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Новая теория раскрыла связь квантовых флуктуаций и судьбы Вселенной
Физики-теоретики из МФТИ, НИЦ «Курчатовский институт» и Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали новый математический аппарат для описания поведения квантовых полей в космологических масштабах. Их работа не только проясняет, как тонкие квантовые эффекты влияют на эволюцию Вселенной, но и предсказывает, как эти эффекты определят конечную судьбу самого пространства-времени. Этот подход позволяет разрешить давние противоречия в теории и открывает путь к пониманию таких фундаментальных загадок, как природа темной энергии и стабильность вакуума.
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review D. С момента Большого взрыва наша Вселенная не просто расширяется, а делает это с ускорением, ведомая таинственной силой, которую ученые называют темной энергией. Наиболее успешной математической моделью такого мира является пространство-время де Ситтера — идеализированная Вселенная, заполненная лишь космологической постоянной, которая и заставляет пространство растягиваться. Однако эта элегантная картина усложняется, как только на сцену выходит квантовая механика. Согласно ее законам, вакуум — это не абсолютная пустота, а бурлящий океан виртуальных частиц, постоянно рождающихся и исчезающих. Эти квантовые флуктуации в масштабах расширяющейся Вселенной ведут себя крайне необычно: космическое расширение растягивает их до гигантских, макроскопических размеров, превращая в реальные поля, которые начинают взаимодействовать с самим пространством-временем.
Квантовые поправки к поведению полей, особенно тех, что обладают малой массой, со временем накапливаются и растут. Эти так называемые вековые эффекты, подобно слабому, но постоянному эху от первоначальных флуктуаций, могут со временем стать настолько сильными, что начнут доминировать над классической картиной эволюции Вселенной. До сих пор не было единого мнения о том, к чему приведет это бесконечное накопление квантовых эффектов. Приведут ли они к плавному изменению свойств вакуума, возможно, объясняя природу темной энергии, или же, наоборот, вызовут катастрофическую нестабильность, которая разрушит саму ткань пространства-времени? Ответ на этот вопрос требует создания теории, способной точно учесть бесконечную последовательность всех этих нарастающих поправок.
Именно такую задачу поставил перед собой коллектив российских физиков. Их целью было построить строгую математическую модель, которая позволила бы проследить судьбу квантовых полей на бесконечно далеких временах в расширяющейся вселенной де Ситтера. Для этого ученые обратились к одному из самых мощных инструментов современной теоретической физики — формализму Швингера-Келдыша, предназначенному для описания систем, далеких от термодинамического равновесия, какой и является наша вечно расширяющаяся Вселенная. На основе этого формализма они вывели так называемое уравнение Дайсона-Швингера, которое описывает эволюцию двухточечной корреляционной функции поля — величины, хранящей в себе всю информацию о поведении квантовых флуктуаций.
Центральным техническим достижением авторов стало доказательство того, что сложные многопетлевые поправки, описываемая как диаграммы Фейнмана типа «пузырь в пузыре», на самом деле вносят пренебрежимо малый вклад в общую картину. Это открытие позволило значительно упростить конечное уравнение, сделав его линейным и доступным для точного аналитического решения. Предыдущие попытки решения этой проблемы часто приводили к громоздким нелинейным уравнениям, которые не имели ясной интерпретации. Решение, полученное в новой работе, показало, что квантовые флуктуации действительно приводят к степенному росту корреляций со временем. Это означает, что чем старше становится Вселенная, тем сильнее проявляются квантовые эффекты, фундаментально изменяя свойства вакуума по сравнению с его первоначальным состоянием.
E. T. Akhmedov, V. I. Lapushkin, and D. I. Sadekov, Physical Review D
Уникальность представленного подхода заключается в его строгости и последовательности. Вместо того чтобы делать предположения о поведении системы, авторы вывели уравнение из первых принципов квантовой теории поля, тщательно проанализировав вклады от различных типов взаимодействий. Они показали, что для так называемого расширяющегося участка Пуанкаре — стандартной модели наблюдаемой части Вселенной — ведущую роль играют наиболее простые, цепочечные диаграммы, в то время как более сложные взаимодействия оказываются подавленными. Это не только решает техническую проблему, но и дает глубокое физическое понимание того, какие именно процессы доминируют в эволюции далекого будущего.
Хотя работа носит фундаментальный характер, ее выводы имеют огромное значение для космологии. Они показывают, что вакуум, который мы считаем стабильным, на самом деле является средой, свойства которой медленно, но неумолимо меняются под действием квантовых эффектов. Это открывает новую перспективу для решения проблемы космологической постоянной: возможно, наблюдаемое сегодня значение темной энергии — это не фундаментальная константа, а результат долгой эволюции вакуума. Кроме того, исследование подчеркивает, что судьба Вселенной может зависеть не только от ее текущего состояния, но и от тонких деталей ее начальных условий, заложенных в момент Большого взрыва.
Дамир Садеков, младший научный сотрудник лаборатории физики высоких энергий МФТИ, рассказал о сути проведенной работы: «На протяжении десятилетий проблема вековых эффектов в пространстве де Ситтера оставалась одним из центральных вызовов. Мы знали, что квантовые поправки растут, но не было консенсуса, как их правильно суммировать и к чему это приведет. Наш подход позволил впервые получить строгое уравнение, которое описывает эту динамику для легких полей. Оказалось, что система эволюционирует к состоянию, которое кардинально отличается от исходного вакуума, и этот процесс можно описать точной математической формулой.
Это важный шаг к пониманию того, как квантовая гравитация формирует мир в космологических масштабах. Ключевым моментом нашей работы стало понимание того, какие именно квантовые процессы важны, а какие — нет. Доказав, что сложные диаграммы типа «пузырь в пузыре» подавлены, мы смогли свести проблему к решаемому линейному уравнению. Это похоже на то, как в сложной системе с множеством взаимодействий вы вдруг понимаете, что ее долгосрочное поведение определяется всего несколькими простыми правилами. Именно это и позволило нам заглянуть в будущее Вселенной и увидеть, как ее будет формировать это квантовое эхо».
Дальнейшие планы научного коллектива включают исследование более сложных сценариев. Ученые намерены применить свой метод для анализа других участков пространства-времени де Ситтера, а также для изучения того, как на конечный результат влияют различные начальные условия. Ведь если Вселенная родилась не в идеально симметричном состоянии, ее эволюция может пойти по совершенно иному пути. Эта работа закладывает прочный фундамент для будущих исследований, которые, возможно, однажды дадут окончательный ответ на вопрос о том, что ждет нашу Вселенную в очень далеком будущем.
Telegram 
Дзен 
VK За последние 10 тысяч лет направленный естественный отбор способствовал эволюции почти 500 генов в ДНК жителей Западной Евразии, что повлияло на их внешний вид и восприимчивость к различным заболеваниям, установили авторы нового исследования.
Ученые продолжают исследовать фундаментальные частицы на неделимость. На этот раз на БАК исследовали кварки и не нашли у них признаков составной частицы.
В эпоху цифровой трансформации образования учителя сталкиваются со многими сложностями в работе: перегрузки, бюрократия, тревожность и страх перед конкуренцией с ИИ. Это приводит к массовому оттоку опытных кадров, особенно среди специалистов 45–54 лет, переживающих пик выгорания и кризис смысла жизни. Способность оставаться в строю и успешно работать — профессиональное долголетие — напрямую связано с физическими и психологическими показателями. Исследование психологов МГППУ проанализировало психологическое благополучие, возраст школьных педагогов объективный и «по ощущениям». Задача заключалась в поиске взаимосвязи между этими показателями.
Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
Современная мобильная связь постоянно развивается, и операторы внедряют все новые поколения сетей. 30 марта для миллионов российских пользователей из Москвы, Санкт-Петербурга и Новосибирска началась новая цифровая эра. Абоненты из этих городов получили возможность протестировать связь 5G. Однако многие пользователи до сих пор не понимают, в чем принципиальная разница между поколениями — 4G и 5G. Ученый Пермского Политеха объясняет, что именно изменилось по сравнению с 4G и как это влияет на качество и доступность мобильного интернета.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно