Всесвіт

Як розпад вакууму може знищити Всесвіт

Цілком можливо, що бозон Гіггза пов’язаний з дуже незвичайним сценарієм кінця світу — блискавичним, незворотнім і неминучим.

Как распад вакуума может уничтожить Вселенную

Кожну хвилину існування нас супроводжує один сумний факт: всьому колись прийде кінець. І Всесвіт не виняток. Згідно з сучасним розумінням фізики, є кілька припущень про те, що може статися в далекому безпросвітному майбутньому. Всесвіт може охолонути до такої міри, що в ньому просто нічого не зможе вижити, або він раптово колапсує. Проте жоден з цих гіпотетичних кінців все ж не такий запаморочний, як розпад вакууму.

При цьому страшному сценарії десь у Всесвіті повинен з’явитися пухирець. Закони фізики всередині нього докорінно відрізняються від тих, що панують зовні. Міхур розширюється зі швидкістю світла, в результаті поглинаючи весь Всесвіт. Галактики розлітаються, атоми не можуть утримувати свої компоненти, а взаємодії частинок змінюються на фундаментальному рівні. Яку б форму Всесвіт не прийняв згодом, вона безумовно стане непридатною для життя людини.

Як таке можливе

Щоб зрозуміти, що таке розпад вакууму, спочатку слід розібратися, що таке вакуумний стан. У більшості людей слово «вакуум» асоціюється з відкритим космосом і іншими областями, в яких немає матерії. Однак відкритий космос, насправді, не порожній. Навпаки, в ньому є флуктуючі квантові поля, що виробляють частинки, які відповідають за фундаментальні закони фізики у Всесвіті. Коли цей простір досягає мінімального енергетичного рівня, кажуть, що він знаходиться у вакуумному стані. Однак ці квантові поля, незважаючи ні на що, продовжують роботу, утримуючи таким чином тканину реальності від руйнування.

Нам відомі 17 частинок, які з’являються при збуренні квантових полів — або, іншими словами, коли квантове поле отримує енергію. Одна з таких частинок — фотон, який ми сприймаємо як світло і який відповідає за електромагнітні випромінювання подібне до рентгенівського та мікрохвильового серед інших. Також є кварки, які збираються в протони і нейтрони в атомних ядрах. Інші частинки — частинки взаємодій — начебто сильного і слабкого, — які зрештою диктують, як працює Всесвіт.

Как распад вакуума может уничтожить Вселенную
На цьому графіку показано енергетичні стани гіпотетичного квантового поля. Знаходження в неправдивому вакуумі дуже нагадує м’яч, який застряг у западині на схилі пагорба — перешкода не дає м’ячу скотитися в самий низ, в стан справжнього вакууму / © Wikimedia Commons

Коли основоположні квантові поля, що виробляють ці частинки, знаходяться в своїх вакуумних станах, Всесвіт стабільний. Виходячи з визначення, вакуумний стан не може втрачати енергію, оскільки, якби було справедливо зворотне, робота фундаментальних частинок також була б іншою, а значить, і Всесвіт перестав працювати так, як він це робить зараз.

Більшість квантових полів, судячи з усього, перебувають у своїх квантових станах, а значить, стабільні, а ми — в безпеці. Однак виміряти ці речі вкрай складно. Можливо, одному з квантовим полем ще належить досягти свого вакуумного стану: йдеться про поле Гіггза.

Як поле Гіггза пов’язано з розпадом вакууму

Поле Гіггза і пов’язаний з ним бозон Гіггза відповідають за наявність у всього у Всесвіті маси. Саме тому у фотонів маси немає, а у Z-бозонів її дуже мало — принаймні, для квантової частинки. Саме по собі це поле важливо для взаємодії фундаментальних частинок один з одним.

Можливо, поле Гіггза «застрягло» на певному енергетичному рівні. Уявіть м’яч, який котиться з пагорба, — всі інші поля «скотилися» до підніжжя, але поле Гіггза могло застрягти в маленькій западині посеред нього, із-за чого не досягло підніжжя.

Якщо нижче можлива енергія, доступна полю, називається вакуумним станом, то цю западину можна вважати помилковим вакуумом: він виглядає стабільним, але в ньому насправді більше енергії, ніж там, де поле Гіггза «хоче» бути. Щоб зрозуміти, із-за чого поле Гіггза могло застрягти, потрібна неабияка допомога математики, але в рамках цієї статті нам важливо знати: фізики вважають, що полю Гіггза ще, можливо, є де розвернутися, перш ніж досягти вакуумного стану.

Проблема в тому, що Всесвіт залежить від властивостей поля Гіггза в його нинішньому стані. Що ж може виштовхнути його з цієї западини? Швидше за все, для цього потрібен був би неймовірний обсяг енергії. Але це також може статися із-за дивного квантового феномена, відомого як квантове тунелювання. Оскільки квантові частинки поводяться хвилеподібно, є ймовірність, що вони можуть пройти крізь перешкоду, а не обійти її. Це можна уявити як проходження крізь западину, яка утримує поле Гіггза на його місці.

Как распад вакуума может уничтожить Вселенную
Космологічний горизонт у поданні художника. У результаті розпаду вакууму Всесвіт, який ми його знаємо, може припинити своє існування / © Pablo Carlos Budassi/Wikimedia Commons

Наслідки розпаду вакууму

Якби поле Гіггза вирвалося з помилкового вакууму і спустилося до свого справжнього вакуумного стану, то фізичні закони Всесвіту просто зруйнувалися б. При порушенні тонкого балансу між квантовими частинками поле Гіггза вирвалося б з помилкового вакууму, породжуючи по всьому Всесвіту ефект доміно під назвою розпад вакууму. Саме в цьому випадку міхур розпаду вакууму поширився б по всьому Всесвіту на швидкість світла. При його проходженні через простір, все — матерія, взаємодії Всесвіту — перестало б працювати й існувати у звичному для нас вигляді.

А що станеться після цього, неможливо навіть уявити. Закони фізики стануть зовсім іншими і — більш ніж імовірно — зроблять наше існування неможливим. Можливо, атоми більше не зможуть утримуватися в загальних структурах, хімікалії будуть вступати в нові, невідомі реакції, також відбудеться багато інших речей, які ми не можемо уявити.

На щастя, ця теорія заснована на нашому нинішньому розумінні Всесвіту, яке, м’яко кажучи, далеко не повне. Ми не знаємо напевно, чи дійсно поле Гіггза знаходиться в неправдивому вакуумі, ми знаємо лише, що це ймовірно. Щобільше, щоб поле Гіггза вийшло з помилкового вакууму, може знадобитися дуже багато часу — набагато більше, ніж ми проіснуємо як вид. І якщо це подія дійсно відбудеться, ми не можемо зробити нічого, щоб запобігти цьому. Як зазначив фізик-теоретик Шон Керролл, якщо це станеться, то ми навіть не помітимо, оскільки все відбудеться неймовірно швидко. Так що, якщо розпад вакууму — один з можливих сценаріїв кінця існування всього, нам просто треба звикнутися з цією думкою.

Натхнення: naked-science.ru


Підписуйтеся на нас в Гугл Новини, а також читайте в Телеграм і Фейсбук


comments powered by HyperComments
Back to top button
comments powered by HyperComments