Учени пресъздават в лаборатория най-лошия сценарий за край на Вселената (Спойлер: не го очаквате)

Ваня Милева Последна промяна на 24 юли 2025 в 00:00 937 0

космически снимки

Кредит DESI Legacy Imaging Surveys/LBNL/DOE & KPNO/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA
Какъв ще е краят на Вселената?

Хипотезата за "разпад на фалшивия вакуум" е един от най-интригуващите и плашещи сценарии, разглеждани за края на Вселената. Група италиански експериментатори и британски теоретици наскоро представят първото експериментално доказателство на тази концепция.

Краят на Вселената

През последните десетилетия са разгледани няколко хипотези относно края на Вселената. Важно е да се отбележи, че някои от тези идеи се основават на сложни концепции на теоретичната физика и може да са спекулативни.

Една такава идея е Голямото замръзване (Big Freeze) или "топлинната смърт". Тази теория, основана на идеята за непрекъснатото разширяване на Вселената, предполага, че тя ще продължи да се разширява за неопределено време. Тъй като пространството между галактиките се увеличава, звездите ще изчерпват горивото си, което ще доведе до постепенно охлаждане на космоса. Накрая всичко ще стане изключително студено и тъмно.

За разлика от теорията за Голямото замръзване, теорията за "Големия срив" (Big Crunch) предполага, че това разширяване може да се забави и да се обърне. При този сценарий Вселената ще се свие отново, което ще доведе до концентрация на материя и енергия. Това потенциално може да доведе до "отскок" или ново състояние на разширяване.

Друга хипотеза, Голямото разкъсване (Big Rip), предполага, че ускорението на това разширяване може да стане толкова бързо, че дори силите, които държат галактиките, звездите и планетите заедно, ще бъдат победени. Това би довело до окончателно разкъсване на всички космически структури, включително елементарните частици.

Но това, което ни интересува днес, е разпадът на вакуума.

Разпадът на вакуума

Представете си, че Вселената почива върху фундаментално поле, подобно на огромен, спокоен океан. Според тази идея този фундаментален океан не е на най-ниското си ниво. Всъщност сякаш е на нещо като хълм в този океан. Сега проблемът възниква, ако това поле внезапно реши да се спусне до най-ниското си ниво, сякаш част от този океан внезапно спада. Това ще създаде нещо като водовъртеж във вода, който може да се разпространи и напълно да промени начина, по който пространството и времето работят. Това би било мощна и потенциално опустошителна промяна в самата реалност.

Въпреки че тази теория разчита на сложни концепции от физиката на елементарните частици и космологията, учените са търсили начини да изследват експериментално възможността за този разпад на вакуума. Италиански експериментатори и британски теоретици наскоро правят значителна крачка напред, представяйки първите експериментални доказателства за това явление.

Първа лабораторна симулация

Представете си, че разпадането на вакуума във Вселената е като голяма яма, която внезапно се образува и се разширява бързо. За да симулират това в лабораторията, учените са използвали пара, охладена до изключително ниска температура, близо до абсолютната нула (най-ниската възможна температура).

В този експеримент тази охладена пара е като малка долина на склона на хълм. Въпреки че това не е мнофо стабилно състояние, то може да остане в това нестабилно състояние известно време. В квантовата механика (физиката на частиците в много малък мащаб) обектите могат да преминат през тази нестабилност, без да изискват допълнителна енергия, подобно на преминаване през невидима бариера (или т. нар. "тунелен ефект", илюстриран по-долу).

Разпад на фалшивия вакуум

Основната концепция на енергийната бариера може да се покаже с помощта на следната аналогия. Представете си топка, която се търкаля в падина между два хълма. Дори при липса на триене, топката ще се търкаля само напред и назад в падината, но никога няма да премине от другата страна, защото няма достатъчно енергия, за да се изкачи на хълма, разделящ двете падини. Хълмът е енергийната бариера, която предотвратява преминаването от едната падина в другата. Топката е затворена в падината наляво, независимо, че дясната падина съответства на по-ниска енергия.

В квантовата теория на полето фалшивият вакуум не е състояние с глобално минимална енергия, а съответства на локален минимум. Това състояние е стабилно за определено време (метастабилно), но може да "тунелира" в състояние на истински вакуум.

Редица теории предполагат, че космическата инфлация може да е резултат от фалшив вакуум, разпадащ се в истинския вакуум. Самата инфлация може да е следствие от полето на Хигс, уловено в състояние на фалшив вакуум със самосвързване на Хигс.

Краят на Вселената ще бъде предизвикан от странно следствие от субатомната физика - решение на уравненията на движението на класическата теория на полето, наречено инстантон. Този инстантон ще създаде малък балон, който ще се разширява със скоростта на светлината, поглъщайки всичко по пътя си.

Топлинните ефекти имат роля, сравнима с образуването на мехурчета. Тези мехурчета се образуват, докато системата еволюира към най-ниското си енергийно състояние, което възпроизвежда идеята за разпадане на вакуум във Вселената. Това е начин да се тества и разбере как подобно явление може да се случи в по-голям мащаб.

Използването на ултрастудени атомни експерименти за симулиране на аналози на квантовата физика в други системи, включително самата ранна Вселена, представлява вълнуващ напредък. Изследователският екип има за цел да усъвършенства допълнително своите експерименти, доближавайки температурата на системата до абсолютната нула, където се очаква квантовите ефекти да станат по-изразени, осигурявайки по-точен модел на разпада на фалшивия вакуум. По този начин този напредък отваря пътя към по-дълбоко разбиране на фундаменталните явления, които биха могли да симулират крайната съдба на нашата Вселена.

Илюстрацията е създадена с помощта на AI Dream от НаукаOFFNews

Невъзможността за фалшив вакуумен разпад

Оповестяването, че съществува "експерименталното доказателство" за това как нашата вселена може внезапно да се срине чрез разпад на вакуума, предизвика 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.

Перфектният вакуум е невъзможен

Може да мислите за вакуума като за напълно празно пространство без материя или светлина. В квантовия свят обаче дори това "празно" пространство изпитва колебания или промени. Представете си спокойно море, което внезапно получава вълни - това е подобно на това, което се случва във вакуум на квантово ниво.

В крайна сметка перфектният вакуум е невъзможен, защото квантовата теория диктува, че енергийните флуктуации, известни като "виртуални частици", постоянно се появяват и изчезват, дори в "празно" пространство.

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.

Справка:

Zenesini, A., Berti, A., Cominotti, R. et al. False vacuum decay via bubble formation in ferromagnetic superfluids. Nat. Phys. 20, 558–563 (2024). https://doi.org/10.1038/s41567-023-02345-4 

Източници:

Scientists recreate the worst way the universe could end in the lab (Spoiler: You're definitely not ready), Science post

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

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !