Възможно ли е квантовият свят са крие ужасната опасност цялата ни вселена да е в състояние на фалшива стабилност и просто чака да колабира в по-стабилно състояние?

Защото учените, изучаващи квантовата теория на полето - рамка, която съчетава квантовата механика, относителността и в общи линии цялата физика - определено заявяват в ново проучване.

Физици от Университета в Лийдс, Forschungszentrum Jülich и Института за наука и технологии в Австрия (ISTA) са моделирали този преход, демонстрирайки как се образуват и взаимодействат мехурчетата на истинския вакуум. Откритията, публикувани в Nature Physics, се превърнаха в медийна сензация, вещаеща как светът може драматично да свърши.

Но има учени, които не са съгласни с тази прогноза (вижте втората част на статията).

1. Светът може драматично внезапно да свърши

Преди близо 50 години пионерът на квантовата теория на полето Сидни Колман изказва предположението, че нашата Вселена може би не е достигнала най-стабилното си състояние, а е попаднала в капана на т.нар. фалшив вакуум. В резултат на това Вселената, каквато я познаваме, може да е на прага на прехода към още по-стабилно състояние на истински вакуум. Но това в никакъв случай няма да бъде плавен преход. Напротив, той може да доведе до катастрофална промяна в структурата на Вселената, до космическа катастрофа, обясняват изданието на ISTA.

"Говорим за процес, при който Вселената напълно ще промени структурата си. Фундаменталните константи биха могли да се променят мигновено и светът, какъвто го познаваме, би се срутил като къщичка от карти", обяснява водещият автор на статията Златко Папич (Zlatko Papić), професор в университета в Лийдс, Великобритания.

Прогнозирането на времевата линия обаче е предизвикателство, но вероятно ще продължи милиони или дори милиарди години.

"Това, от което наистина се нуждаем, са контролирани експерименти, за да наблюдаваме този процес и да определим неговите времеви мащаби."

Сега международната колаборация, включваща Папич, Яка Водеб (Jaka Vodeb) от Forschungszentrum Jülich, Германия, и Жан-Ив Дезол (Jean-Yves Desaules), постдокторант в групата на Максим Сербин в Института за наука и технологии в Австрия (ISTA), успя да моделира този процес, наречен разпад на фалшивия вакуум. Като предефинира представата ни за квантовата динамика, работата може да помогне за развитието на квантовите компютри и техния потенциал за решаване на някои от най-сложните проблеми, свързани с фундаменталната физика на Вселената.

Quantum annealer или квантовото отгряване (оптимизационен процес за намиране на минимум на дадена функция чрез квантови флуктуации) симулира основния процес на разпад на фалшивия вакуум, отваряйки прозореца към разбирането на взаимодействията между истинските вакуумни мехурчета. Кредит: Zlatko Papic (Изображение, създадено с помощта на Povray)

Танц на мехурчета и кубити

Много основни въпроси относно механизма на разпадане на фалшивия вакуум остават отворени и до днес, включително как се образуват, движат, взаимодействат и разпространяват мехурчетата на истинския вакуум. За да разберат този неуловим механизъм, физиците е трябвало да разработят инструменти, с които да го демонстрират в лабораторни условия.

За тази цел те са използвали вид квантов компютър, предназначен за решаване на сложни оптимизационни задачи, т.е. за намиране на най-доброто решение от набор от възможни решения. Тази машина, 5564-кубитов квантов отгряващ компютър, проектиран от D-Wave Quantum Inc., позволява на екипа да моделира състоянията на вакуума с помощта на кубити - елементарните градивни елементи на квантовите компютри.

"Като поставихме първо тези 5564 кюбита в специфични конфигурации, представляващи фалшивия вакуум, можехме внимателно да контролираме условията, за да предизвикаме образуването на мехурчета, моделиращи истинския вакуум", разказва Десол. "Образуването на мехурчета е първата стъпка от разпадането на фалшивия вакуум. Много сме развълнувани, че успяхме да го наблюдаваме в реално време."

Експериментите променят гледната точка на екипа за механизма на разпадане на фалшивия вакуум. За разлика от обичайно изучаваните режими те виждат, че големите квантови мехурчета са по същество замразени в изолация. Единственият начин такива големи мехурчета да се развиват е да взаимодействат със съседно мехурче. Тогава единото от тях може да се свие, а другото да нарасне. И след като мехурчето се свие до много малък размер, то започва да "танцува" свободно.

"Нашите открития вероятно представляват нова физична картина на динамиката на фалшивия вакуум. Бихме могли да си представим механизма като хетерогенен газ от мехурчета, при който по-големите или по-тежките от тях взаимодействат пряко помежду си, докато по-малките, по-леки, подскачат свободно наоколо", обяснява Десол.

Помощ за развитието на квантовите изчисления

Но авторите отклоняват вниманието ни от този езотеричния край на Вселената и заявяват, че разбирането на взаимодействията на мехурчетата може да помогне за коригиране на грешки в квантовите компютри, чиито основни кубити са нестабилни.

Те казват, че изследването им показва как устройства на квантовото отгряване (оптимизационен процес за намиране на минимум на дадена функция чрез квантови флуктуации) могат да правят много повече от задачите за оптимизация, за които са предназначени, тъй като могат да улавят и явления, свързани с динамиката, като образуването на мехурчета.

Водеб заключава:

"Тези пробиви не само разширяват границите на научното познание, но и проправят пътя за бъдещи технологии, които могат да предизвикат революция в области като криптографията, материалознанието и енергийно ефективните изчисления."

Справка: Jaka Vodeb, Jean-Yves Desaules, Andrew Hallam, Andrea Rava, Gregor Humar, Dennis Willsch, Fengping Jin, Madita Willsch, Kristel Michielsen, and Zlatko Papić. 2025. Stirring the false vacuum via interacting quantized bubbles on a 5,564-qubit quantum annealer. Nature Physics. DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-024-02765-w 

Източник: Dancing bubbles model a cosmic disaster | Quantum machine models how "false vacuum” decays into "dancing” cosmic bubbles, ISTA

Илюстрацията е създадена с помощта на AI Dream от НаукаOFFNews

2. Невъзможността за фалшив вакуумен разпад

Оповестяването, че съществува "експерименталното доказателство" за това как нашата вселена може внезапно да се срине чрез вакуумен разпад, пресизвика острата реакция на Мануел Алфаро (Manuel Alfaro), професор по математика в университета в Сарагоса.

"Тези драматични твърдения фундаментално противоречат на установените физически принципи, по-специално на основното фундаментално универсално съотношение E/m = c²", заявява Алфаро в статия в Мedium.

Авторът е възмутен, че този експеримент е използван за "всяване на страх", за внушения, че живеем във "временна" вселена и драматични заглавия за "смъртта на самото пространство"

"Тези сензационни интерпретации не само представят погрешно експеримента с квантовия хибрид, но също така разпространяват фундаментално погрешно разбиране на физическата реалност", обобщава професорът.

Универсалната константна връзка E/m = c² неоспоримо постановява, че всяко физическо състояние съдържа присъща, нередуцируема енергийна плътност, че състояние на "нулева енергия" или "истински вакуум" не може да съществува и състоянието на абсолютна "празнота" е физически невъзможно.

Алфаро подчертава, че разпадът на фалшивия вакуум е логически невъзможен и че съществуването на метастабилно състояние на "фалшив вакуум" и на "истински вакуум" с по-ниска енергия и преходът помежду им са погрешни предположения.

Според Алфаро наблюдаваната динамика в експеримента с квантовия генератор трябва да бъде тълкувана по друг начин.

Източник: Fundamental Flaws in False Vacuum Decay Claims, Manuel Alfaro, Мedium

Илюстрацията е създадена с помощта на AI Dream от НаукаOFFNews

Колман и Гарсия за разпада на фалшивия вакуум:

"Когато фалшивият вакуум се разпадне, истинският вакуум с по-ниска енергия се образува чрез процес, наречен нуклеация на мехурчета. В този процес инстантонните ефекти причиняват появата на мехурче, съдържащо истинския вакуум. Стените на мехурчето имат положително повърхностно напрежение, тъй като енергията се изразходва, докато полетата преминават през потенциалната бариера към истинския вакуум.

Възможността, че живеем във фалшив вакуум, никога не е била радостна. Вакуумният разпад е крайната екологична катастрофа; в новия вакуум има нови константи на природата; след разпадането на вакуума не само животът, какъвто го познаваме, е невъзможен, но и химията, каквато я познаваме. Независимо от това, човек винаги може да извлече стоическа утеха от възможността, че може би с течение на времето новият вакуум ще поддържа, ако не живота, какъвто го познаваме, поне някои структури, способни да познават радостта. Сега тази възможност е премахната.

Вторият специален случай е разпадането в пространство на изчезваща космологична константа, случаят, който се прилага, ако сега живеем в отломките на фалшив вакуум, който се е разпаднал в някаква ранна космическа епоха. Този случай ни представя по-малко интересна физика и с по-малко поводи за риторични излишества от предходния. Сега вътрешността на балона е обикновено пространство на Минковски ..."

Още по темата

24/01/2024

Физика

Първо експериментално доказателство за разпадане на вакуум

23/10/2023

Физика

Дали нашата Вселена не е само мехурче от пяната на мултивселената?

05/04/2018

Физика

Запознайте се с Хигс балона, който ще унищожи Вселената. Може би.

10/03/2015

Физика

Тахионите – акушерите на Вселената