28.03.2019
Редакция Naked Science
22

Как распад вакуума может уничтожить Вселенную

3.9

Вполне возможно, что бозон Хиггса связан с очень необычным сценарием конца света — молниеносным, необратимым и неизбежным.

shutterstock_5170148021
©Wikipedia

Каждую минуту существования нас сопровождает один печальный факт: всему когда-нибудь придет конец. И Вселенная не исключение. Согласно современному пониманию физики, есть несколько догадок о том, что может произойти в далеком беспросветном будущем. Вселенная может остыть до такой степени, что в ней попросту ничего не сможет выжить, или она внезапно коллапсирует. Однако ни один из этих гипотетических концов всего не так умопомрачителен, как распад вакуума.

При этом жутком сценарии где-то во Вселенной должен появиться пузырек. Законы физики внутри него в корне отличаются от тех, что царят снаружи. Пузырь расширяется со скоростью света, в итоге поглощая всю Вселенную. Галактики разлетаются, атомы не могут удерживать свои компоненты, а взаимодействия частиц меняются на фундаментальном уровне. Какую бы форму Вселенная ни приняла впоследствии, она определенно станет непригодной для жизни человека.

Как такое может быть

Чтобы понять, что такое распад вакуума, сначала следует разобраться, что такое вакуумное состояние. У большинства людей слово «вакуум» ассоциируется с открытым космосом и другими областями, в которых нет материи. Однако открытый космос, на самом деле, не пустой. Напротив, в нем есть флуктуирующие квантовые поля, производящие частицы, которые отвечают за фундаментальные законы физики во Вселенной. Когда это пространство достигает минимального энергетического уровня, говорят, что оно находится в вакуумном состоянии. Тем не менее эти квантовые поля, несмотря ни на что, продолжают работу, удерживая таким образом ткань реальности от разрушения.

Нам известны 17 частиц, которые появляются при возмущении квантовых полей — или, другими словами, когда квантовое поле получает энергию. Одна из таких частиц — фотон, который мы воспринимаем как свет и который отвечает за электромагнитные излучения вроде рентгеновского и микроволнового среди прочих. Также есть кварки, которые собираются в протоны и нейтроны в атомных ядрах. Другие частицы — частицы взаимодействий — вроде сильного и слабого, — которые в итоге диктуют, как работает Вселенная.

На этом графике показаны энергетические состояния гипотетического квантового поля. Нахождение в ложном вакууме очень напоминает мяч, застрявший во впадине на склоне холма – препятствие не дает мячу скатиться в самый низ, в состояние истинного вакуума / © Wikimedia Commons

Когда основополагающие квантовые поля, производящие эти частицы, находятся в своих вакуумных состояниях, Вселенная стабильна. 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. 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. Это можно представить как прохождение сквозь впадину, которая удерживает поле Хиггса на его месте.

Космологический горизонт в представлении художника. В результате распада вакуума Вселенная, какой мы ее знаем, может прекратить свое существование / © Pablo Carlos Budassi/Wikimedia Commons

Последствия распада вакуума

Если бы поле Хиггса вырвалось из ложного вакуума и спустилось до своего настоящего вакуумного состояния, то правящие Вселенной физические законы попросту разрушились бы. При нарушении тонкого баланса между квантовыми частицами поле Хиггса вырвалось бы из ложного вакуума, порождая по всей Вселенной эффект домино под названием распад вакуума. Именно в этом случае пузырь распада вакуума распространился бы по всей Вселенной на скорости света. При его прохождении через пространство, все — материя, взаимодействия Вселенной — перестало бы работать и существовать в привычном для нас виде.

А что произойдет после этого, невозможно даже вообразить. Законы физики станут совершенно другими и — более чем вероятно — сделают наше существование невозможным. Возможно, атомы больше не смогут удерживаться в общих структурах, химикалии будут вступать в новые, неизвестные реакции, также произойдут многие другие вещи, которые мы не можем представить.

К счастью, эта теория основана на нашем нынешнем понимании Вселенной, которое, мягко говоря, далеко не полное. Мы не знаем наверняка, действительно ли поле Хиггса находится в ложном вакууме, мы знаем лишь, что это вероятно. Более того, чтобы поле Хиггса вышло из ложного вакуума, может понадобиться очень много времени — гораздо больше, чем мы просуществуем как вид. И если это событие действительно произойдет, мы не сможем сделать ничего, чтобы это предотвратить. Как отметил физик-теоретик Шон Кэрролл, если это случится, то мы даже не заметим, так как все произойдет невероятно быстро. Так что, если распад вакуума — один из возможных сценариев конца существования всего, нам просто следует свыкнуться с этой мыслью.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

Позавчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Позавчера, 09:29
ФизТех

Переключения магнетиков между спиновыми состояниями могут передавать логический сигнал, и этим процессом можно заменить перенос электронов в современных процессорах. Ученым из МФТИ и их коллегам из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова и Испании впервые удалось зарегистрировать специфический переход соединения железа между состояниями. Это поможет разработать процессоры и устройства памяти с большим отношением производительности к количеству потребляемой энергии.

1 декабря
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

Позавчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Вчера, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

18 ноября
Ольга Иванова

Группа исследователей из Китая и США выявила дополнительный фактор, который мог способствовать самому крупному вымиранию на планете.

[miniorange_social_login]

Комментарии

22 Комментариев

7 дней назад
-
0
+
Распад запада и сток востока приводят к выводу о существовании несущественной гениодэбильности.
Вакуум разве может распадаться, это же не вещество.
    -
    -1
    +
    Прикол в том, что оказалось что вакуум - это целое море, заполненное веществом. Этакое вот волнующееся в 11 измерениях море. И его состояние неустойчиво. Как-то так.
    +
      ещё комментарии
      Про 11 измерений - это лишь одна из гипотез, и не факт, что наиболее вероятная.
        -
        0
        +
        Зато она лучше всех остальных описывает реальность и имеет предсказательную силу - один из главных критериев верности. Теория относительности и квантовая механика, собственно, тоже так и были разработаны, проходили эту стадию "одной из гипотез". И да, для них тоже до сих пор не факт, что они верные.
08.04.2019
-
0
+
Если распад вакуума случается в какой-то точке и начинает распространяться со скоростью света, но вселенная расширяется быстрее скорости света (к тому же с ускорением), означает ли это, что распад вакуума останется локальным явлением? Мы ведь никогда не сможем увидеть свет от источника, находящегося за пределами обозримой вселенной. А значит, если распад вакуума произойдет за этими пределами, то до нас он тоже не дойдет
    21.08.2021
    -
    0
    +
    Есть теория, что как только мы поймём, зачем существует вселенная, она тут же исчезнет, и вместо нее возникнет нечто более непостижимое. Есть и другая теория, согласно которой это уже произошло. Дуглас Адамс
    +
      ещё комментарии
      21.08.2021
      -
      0
      +
      Это обидно было… А как же гипотезы и теории ученых Земли? Все тлен?! — У меня вот тоже один такой был — крылья сделал. — Ну-ну-ну-ну-ну? — Что ну-ну? — я его на бочку с порохом посадил — пущай полетает! ©️
-
0
+
Бред Сивого мерина!!!!:)))
31.03.2019
-
0
+
Таки жрать хочется здесь, сейчас и с деликатесами!
31.03.2019
-
0
+
Изощренные выводы математиков, полностью потерявших способность к реальным оценкам действительности, уводят науку в новые гиперциклы Птолемея, еще более убогие, хотя, с математической точки зрения, забавные. Ведь, чем черт ( с математическим уклоном), не шутит.
31.03.2019
-
1
+
Редакция удалила все мои комментарии, может и к лучшему, чем тратить время в споре со слабоумными колумниствми и их подставными - ватным мусором: отожными Ванечками, Урюкмеями. Расея страна смотрящих и ватников.
    04.04.2019
    -
    -1
    +
    Вы бы лучше радовались, что вам рейтинг обнулили таким образом. С днища ведь достали (-251 было). Впрочем надолго ли чудаку стеклянный пенис. Так что лучше не тратьте свое драгоценное время на нас скудоумных.
30.03.2019
-
1
+
Как уничтожить вселенную не привлекая внимания санитаров
-
0
+
Комменты жесть.... А еще круче то, почему наше понимание мира описано математически, ведь мы должны иметь знак "=", что нам говорит константа света? Да, каким образом мы говорим о законе сохранения энергии? Физика-шоу-бизнес? К черту хронический конец света и распад вакуума, я пью актимель!
Лестница Шильда)
1
2

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: