Вакуумный распад: конец света уже наступил?

Поделитесь с друзьями!
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Это произойдет сегодня ночью. Или завтра днем. Или через миллиард лет. На самом деле это не имеет никакого значения. Волна разрушения захлестнет Землю, как цунами. Она прилетит из глубин космоса со скоростью света. Изменятся все законы физики. Забудьте о химии, которую Вы знали до этого. Сейчас она принципиально невозможна. Забудьте о самой жизни. Ее больше никогда не будет в том виде, к которому мы привыкли. Человечество, наша цивилизация, и любые следы нашего существования будут стерты навсегда. За доли секунды…

Вакуумный распад

Хотя этот сценарий звучит как начало какого-то безумного романа из 50-х годов прошлого века, это вполне реальная перспектива. Так может произойти, если Вселенная подвергнется процессу, известному как вакуумный распад. Именно он может запустить образование непобедимого пузыря смерти. Способного вызвать разрушение всего, что мы когда-либо знали… Страшно?😁

Итак, давайте подробнее разберем, что же означает этот странный термин — вакуумный распад. И что это вообще такое.

Для начала давайте переместимся в далекое прошлое. В первые доли секунды после Большого взрыва. Вселенная все еще крошечная и невероятно, просто безумно горячая. Считается, что в таких условиях фундаментальные силы (электромагнетизм, сильные и слабые ядерные взаимодействия и гравитация) были объединены в одно универсальное взаимодействие. В тот момент времени мы могли бы описать столь разнообразные явления, как падение яблока с дерева, и распад ядра урана, с помощью единой системы уравнений. Если бы тогда, конечно, существовали яблоки, деревья и уран😁.

Такое положение вещей может существовать только при самых экстремальных температурах. Именно поэтому Ньютон не изобрел атомную бомбу одновременно с открытием гравитации😂. Но когда Вселенная расширилась, она остыла настолько, что фундаментальные силы начали разделяться. До тех пор, пока, в конце концов, не стали четырьмя отдельным силам, которые мы знаем и очень любим сегодня. И именно в ходе этого процесса в почву физики просыпались прыткие семена будущей вакуумной подлянки.

Квантовые поля

Наши лучшие современные теории описывают Вселенную с помощью так называемых квантовых полей. Поле — это просто то, что имеет какое-то значение в какой-то точке пространства. Знакомый всем пример — магнитное поле, которое окружает стержневой магнит. Оно описывает силу, генерируемую магнитом, в любой точке пространства. Это поле квантовано, то есть может принимать только одно из дискретного набора значений, в отличие от континуума значений, разрешенных в классическом поле. Волны в этих квантовых полях, известные как возбуждения, — это то, что мы наблюдаем как частицы. Такие, как фотоны и электроны.

Для любой фундаментальной силы или частицы существует соответствующее квантовое поле. Например, два электрона, сталкивающиеся и рассеивающие друг друга, можно представить как две волны в квантовом поле электрона, обменивающиеся фотоном. Который сам является волной в электромагнитном квантовом поле. Важно отметить, что существует также энергия, связанная с отсутствием возбуждений в квантовом поле — так называемая энергия нулевой точки, которая обычно, все же, не равна нулю. Знаменитым примером влияния этой нулевой энергии является эффект Казимира, когда две металлические пластины, разделенные чрезвычайно маленьким зазором, притягиваются друг к другу за счет разницы в «давлении» вакуума между пластинами, и «давлении» на их внешних сторонах.

Нулевые точки большинства известных квантовых полей оставались постоянными с тех пор, как впервые разделились вместе с фундаментальными силами в остывающей молодой Вселенной. Эти поля называются стабильными, поскольку их нулевые точки не могут стать другими. Однако есть некоторые признаки того, что для одного из полей это может быть вовсе не так.

Поле Хиггса

Существование поля Хиггса было подтверждено открытием связанной с ним частицы, бозона Хиггса, в 2012 году. Оно связано с массой частиц. Условно говоря, массу можно рассматривать как «заряд» по отношению к полю Хиггса так же, как электрический заряд связан с электромагнитным полем. Хотя энергия нулевой точки большинства полей не равна нулю, ее обычно можно безопасно игнорировать и рассматривать как нулевую в процессе, называемом перенормировкой.

Однако для поля Хиггса это невозможно. Поэтому его нулевая энергия 246 ГэВ/c2 должна быть включена в качестве фундаментальной константы в стандартную модель.

Некоторые считают этот факт признаком того, что поле Хиггса не является стабильным, как другие квантовые поля. А на самом деле оно просто метастабильно. То есть при фазовом переходе, который привел к отделению поля Хиггса, оно застряло со своей псевдонулевой энергией на локальном энергетическом минимуме. А не на истинном глобальном минимуме. Это похоже на то, как мяч, катящийся с холма, зацепляется за выступ, вместо того, чтобы пролететь полностью весь склон. То есть мяч этот условно стабилен. Но имеет запас потенциальной энергии, не равный нулю относительно подножия холма. Таким образом, поле Хиггса демонстрирует ложный вакуум. То есть оно еще не заняло свою истинную точку с нулевой энергией.

Мячик, стой!

Точно так же, как требуется добавление энергии, чтобы сдвинуть мяч с уступа и позволить ему скатиться в долину, например, от удара ногой, может получить толчок энергии и поле Хиггса. Это выведет его из нахождения в состоянии локального минимума энергии и доведет до точки истинной нулевой энергии. Или состояния истинного вакуума. Это и есть вакуумный распад. Энергетический толчок, необходимый для начала этого процесса, мог вполне произойти вблизи горизонта событий крошечных первичных черных дыр. И были даже опасения, что столкновения частиц с чрезвычайно высокими энергиями на Большом Адронном коллайдере могут вызвать этот самый вакуумный распад. При проведении, кстати, работ, по поискам бозона Хиггса (как это иронично).😉

Однако существует и некоторый скептицизм относительно того, что такие процессы действительно могут инициировать распад вакуума. Если первичные черные дыры настолько распространены, как предполагают некоторые теории, то маловероятно, что распад не произошел бы за время, прошедшее с момента их образования. Еще в очень и очень молодой Вселенной. А еще Землю постоянно бомбардируют частицы космических лучей из глубин космоса. Некоторые из которых сталкиваются с частицами в нашей атмосфере с энергиями на порядки больше, чем те, что возможны при столкновениях в коллайдере. И если вакуумный распад при таких условиях был бы возможен, это уже давно бы произошло.

Хотя это крайне маловероятно с точки зрения как времени, так и пространства, но если бы вакуумный распад произошел где-то возле Земли, мы абсолютно ничего не смогли бы с этим поделать. Скорее всего, мы бы просто ничего не почувствовали. Наш мир просто исчез бы в одно мгновение.

Или физика изменилась бы таким образом, что из него, словно по щелчку пальца, просто исчезли бы все живые существа…

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.


Поделитесь с друзьями!
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Оставьте комментарий

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: