Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предлагают экспериментальные доказательства образования пузырей в результате распада ложного вакуума в квантовой системе. Открытие исследователей: проблема ложного вакуума доказана на практике Международная группа ученых достигла прорыва в изучении распада ложного вакуума, что было подтверждено экспериментально. Пузырь истинного вакуума расширяется внутри пузыря ложного вакуума в соответствии со специальной теорией относительности, не быстрее скорости света, и уничтожает всю материю первоначального мира. СМИ заполонили тревожные сообщения: мол, физики устроили распад ложного вакуума — явление, способное уничтожить Вселенную.
Nature Physics: ученые получили доказательства распада ложного вакуума
Физики увидели распад ложного вакуума в ферромагнитных сверхтекучих жидкостях. Речь идет о потенциальном процессе, известном как распад ложного вакуума. Физики увидели распад ложного вакуума Итальянские физики зарегистрировали распад ложного вакуума в ферромагнитной сверхтекучей жидкости. Результаты экспериментов соответствовали численным моделям и подтверждали, что распад ложного вакуума имеет квантово-механическую природу.
Распад нестабильного вакуума
Исследователи специально показали поэтапно, как будет происходить процесс распада вакуума, чтобы даже простые люди, живущие на нашей планете, которые не являются светилами науки, смогли это понять. Однако научные работники считают, что показанный ими процесс займет очень долгое время, а потому не грозит человечеству уничтожением.
Теперь международная исследовательская группа с участием ученых впервые наблюдала, как эти пузыри формируются в тщательно контролируемых атомных системах.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предлагают экспериментальные доказательства образования пузырей в результате распада ложного вакуума в квантовой системе. Результаты подтверждаются как теоретическим моделированием, так и численными моделями, подтверждающими квантово-полевую природу распада и его термическую активацию, открывая путь к моделированию неравновесных явлений квантового поля в атомных системах. При этой температуре пузыри появляются по мере распада вакуума, и профессор Университета Ньюкасла Ян Мосс и доктор Том Биллам смогли убедительно показать, что эти пузыри являются результатом термически активированного распада вакуума.
Материалы по теме: Игрушка дьяволаНовая частица из коллайдера грозит уничтожить всю физику2 ноября 2018 На Большом адронном коллайдере открыли новую форму материи. Почему ученые не понимают, с чем они столкнулись? Ложный и истинный вакуум в эксперименте представляли собой локальный и глобальный минимумы энергии ферромагнитного атомного конденсата Бозе-Эйнштейна. Читайте также: «Ростех» запустил производство двигателей для дронов Результаты наблюдений согласовывались с численными моделями, которые подтверждают квантово-механическую природу распада, что делает атомные сверхтекучие жидкости идеальной платформой для исследования явлений неравновесного квантового поля.
Согласно квантовой теории поля, ложным вакуумом называют состояние с малым значением энергии, которое является относительно стабильным метастабильным , но может переходить в состояние с минимальной возможной энергией, называемое истинным вакуумом. Переход между ложным вакуумом и истинным затруднен из-за высокого энергетического барьера, однако может происходить квантовомеханическое туннелирование из одного состояния в другое. В результате в ложном вакууме создаются небольшие пузырьки истинного вакуума. Физики впервые наблюдали, как эти пузырьки образуются в квантовой системе, представляющей собой переохлажденный газ, состоящий из изотопов натрия-23 и обладающим свойством сверхтекучей жидкости, при температуре менее одного микрокельвина.
Физики из Британии впервые воспроизвели процесс распада «ложного вакуума»
| Распад ложного вакуума | Ученые смоделировали гибель Вселенной, которую может вызвать распад ложного вакуума. |
| Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную » ОКО ПЛАНЕТЫ информационно-аналитический портал | Аннотация: На примере распада метастабильного состояния скалярного поля (конформный вакуум скалярных частиц над ложным классическим вакуумом). |
| Физики показали гибель Вселенной вследствие распада вакуума - ГТРК Удмуртия | Речь идет о потенциальном процессе, известном как распад ложного вакуума. |
| Новое решение парадокса Ферми (почему мы одиноки во Вселенной) / Хабр | Фото из открытых источников Англо-итальянская команда учёных достигла значительного прогресса в изучении явления распада ложного вакуума. |
Пузыри смерти или Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
Если все пути распада ведут к очень массивным частицам, энергетический барьер такого распада может привести к образованию стабильного пузыря ложного вакуума (также известного как шар Ферми), окружающего частицу ложного вакуума. На канале Kurzgesagt видеохостинга YouTube появился ролик, на котором ученые рассказали о возможном механизме уничтожения Вселенной, которое может произойти в результате распада ложного вакуума, передает Lenta. СМИ заполонили тревожные сообщения: мол, физики устроили распад ложного вакуума — явление, способное уничтожить Вселенную. Британские физики впервые смогли воспроизвести процесс распада «ложного вакуума» при помощи квантового симулятора. Ложный вакуум (метастабильный вакуум[1]) — состояние в квантовой теории поля, которое не является состоянием с глобально минимальной энергией, а соответствует её локальному минимуму.
Пузыри смерти или Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
Если все пути распада ведут к очень массивным частицам, энергетический барьер такого распада может привести к образованию стабильного пузыря ложного вакуума (также известного как шар Ферми), окружающего частицу ложного вакуума. Международная группа ученых продемонстрировала первые экспериментальные доказательства распада ложного вакуума, используя квантовомеханическую систему, состоящую из сверхохлажденного газа изотопов натрия-23. Ученые показали возможный механизм смерти Вселенной в результате распада ложного вакуума.
Итальянские физики смоделировали и экспериментально подтвердили возможность распада ложного вакуума
Пузырь заполнен истинным вакуумом, который придает пузырю отрицательную энергию. Однако у пузыря есть тонкие стенки, в которых хиггсовское поле плавно переходит от истинного вакуума в ложный. Эти стенки обладают положительной энергией, по аналогии с поверхностным натяжением на границе жидкости. Исходя из соображений размерности, оцените коэффициент поверхностного натяжения стенки в этой задачи. После этого найдите критический размер пузыря, который должен появиться где-нибудь во Вселенной, чтобы с него начался распад вакуума. На последнем шаге постарайтесь понять, как вероятность появления такого пузыря во Вселенной зависит от его размера. Затем подставьте найденный размер и получите ответ.
Решение Шаг 1. Полная энергия тонкостенного пузыря радиуса R равна Критический размер пузыря, с которого начнется распад вакуума во всей Вселенной, вычисляется так же, как и критический размер пузырька пара для начала кипения перегретой жидкости. Надо лишь, чтобы полная энергия этого пузыря была отрицательной. Вообще, оценки на основе размерностей работают тогда, когда в задаче не возникает безразмерного параметра. Но на помощь тут приходит дополнительный физический аргумент. Действительно, поверхностное натяжение возникает тут, потому что хиггсовское поле «переваливает через гору».
Отсюда получаем, что критический размер пузыря по порядку величины равен Шаг 2. Теперь надо получить вероятность возникновения такого пузыря во Вселенной. Такой размер выбран не случайно: по соотношению неопределенности, на таком размере могут происходить квантовые флуктуации с энергиями порядка v. Иными словами, в таком объемчике хиггсовское поле легко скачет туда-сюда, и может, в частности, перевалить через потенциальную гору. Ясно, что эта вероятность большая. В этом пузыре имеется маленьких объемчиков, и каждый из них перепрыгивает независимо с вероятностью p.
Значит, вероятность того, что все они сразу перепрыгнут, равна причем численным коэффициентом q, который порядка единицы, мы тут пренебрегли. Теперь учтем размеры видимой части Вселенной, радиус которой обозначим через RU.
Мы живем в ложном вакууме Время от времени в прессе появляются панические статьи о том, что наш мир может погибнуть в результате «распада ложного вакуума», то есть мгновенного превращения нашего обычного вакуума в вакуум истинный, в результате чего Вселенная исчезнет. О том, чем эти два вакуума отличаются и действительно ли мир может исчезнуть.
Элементарные частицы в квантовой теории поля описываются не как микроскопические твердые шарики, не как материя, а как колебания квантовых полей. Как и любая другая физическая система, поле стремится минимизировать свою энергию, избавиться от лишних частиц и «скатиться» в самое энергетически выгодное состояние. В теоретической физике такое состояние принято называть вакуумом. Вопреки своему названию такой вакуум не является пустым — на самом деле в нем постоянно рождаются и умирают виртуальные пары частица-античастица.
Однако энергия такого «бульона» из виртуальных частиц все-таки меньше, чем энергия «супа» с примесью частиц настоящих.
Экспериментальные доказательства этого процесса были получены в изолированных и когерентно связанных атомных сверхтекучих средах, и результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics. Ложный вакуум - это состояние, в котором система оказывается временно устроенной в высокоэнергетическом состоянии, но может перейти в более стабильное состояние с меньшей энергией. Этот переход происходит через туннелирование через энергетический барьер и широко известен в различных областях физики, включая квантовую теорию поля и космологию.
Но на помощь тут приходит дополнительный физический аргумент. Действительно, поверхностное натяжение возникает тут, потому что хиггсовское поле «переваливает через гору». Отсюда получаем, что критический размер пузыря по порядку величины равен Шаг 2. Теперь надо получить вероятность возникновения такого пузыря во Вселенной. Такой размер выбран не случайно: по соотношению неопределенности, на таком размере могут происходить квантовые флуктуации с энергиями порядка v. Иными словами, в таком объемчике хиггсовское поле легко скачет туда-сюда, и может, в частности, перевалить через потенциальную гору. Ясно, что эта вероятность большая. В этом пузыре имеется маленьких объемчиков, и каждый из них перепрыгивает независимо с вероятностью p. Значит, вероятность того, что все они сразу перепрыгнут, равна причем численным коэффициентом q, который порядка единицы, мы тут пренебрегли. Теперь учтем размеры видимой части Вселенной, радиус которой обозначим через RU.
Поэтому если ждать очень долго и смотреть на всю Вселенную в целом, то рано или поздно это где-то случится. В принципе, это уже и есть искомый ответ. Но тут полезно еще сказать вот что. Послесловие Такого типа оценки — не в применении к хиггсовскому бозону, а в более широком контексте — были впервые даны советскими физиками Кобзаревым, Окунем и Волошиным в 1974 году. Три года спустя задача была решена Коулменом гораздо более строгим способом. Затем последовал ряд работ с еще более аккуратным анализом распада метастабильного вакуума, в котором, кстати, очень важными оказались гравитационные эффекты. Этот процесс, да и сама возможность использовать метастабильный вакуум, затем прочно вошли в космологию в качестве возможного сценария эволюции Вселенной на самых ее ранних стадиях. Интересно, что недавно в этой истории случился еще один зигзаг. Полтора года назад были высказаны подозрения , что метастабильные вакуумы вообще не могут существовать в нашем пространстве-времени, поскольку они распадаются вовсе не медленно, как считалось до сих пор, а наоборот — бесконечно быстро. Однако затем на эти подозрение было выдвинуто контрвозражение : вывод о бесконечно быстром распаде базируется на неоправданной экстраполяции формул за пределы применимости известных нам законов физики.
Так что тревога оказалась ложной, и метастабильные состояния вакуума, по крайней мере в теории, допустимы.
Nature Physics: ученые получили доказательства распада ложного вакуума
Аннотация: На примере распада метастабильного состояния скалярного поля (конформный вакуум скалярных частиц над ложным классическим вакуумом). Британские физики впервые смогли воспроизвести процесс распада «ложного вакуума» при помощи квантового симулятора. Переход хиггсовского поля в состояние истинного вакуума вызовет вселенский распад материи, продемонстрировали ученые проекта Kurzgesagt. Профессор Ян Мосс и доктор Том Биллам из Университета Ньюкасла убедительно продемонстрировали, что эти пузырьки возникают в результате термически активированного распада вакуума.
Итальянские физики смоделировали и экспериментально подтвердили возможность распада ложного вакуума
Однако представим себе экстравагантного жильца, подпилившего пол под гирей. Она тут же устремится на следующий минимальный уровень — пол второго этажа. Разница в высоте этажей перейдет в энергию движения гири, и лучше не оказываться на ее пути. Аналогично, если ложный вакуум по каким-то причинам превратится в истинный или хотя бы в нижележащий ложный, выделится запасенная в нем энергия. Самое зловещее в том, что пузырек истинного вакуума, однажды возникнув, будет расти во все стороны. Ложный вакуум, соприкасаясь с истинным, сам будет превращаться в истинный с выделением энергии. Это можно сравнить с лесным пожаром.
Химическая энергия, запасенная в древесине, выделяется в виде тепла, одновременно поджигая соседние деревья. Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.
Исследование показало, что атомные сверхтекучие жидкости предоставляют идеальную платформу для экспериментального подтверждения этого явления. Ученые наблюдали зарождение пузырьков в этих сверхтекучих средах, а численное моделирование подтвердило их наблюдения.
Этот прорыв не только подтверждает теоретические предположения, основанные на теории инстантонов, но также открывает новые перспективы для исследования неравновесных квантовых полей.
В новой картине мира отдаленные области Вселенной разительно отличаются от того, что мы видим вокруг себя, и могут даже подчиняться иным законам физики. Новые представления основаны на теории космической инфляции. Попробуем разъяснить ее суть. Начнем с краткого обзора стандартной космологии Большого взрыва, которая была доминирующей теорией до открытия инфляции. Согласно теории Большого взрыва Вселенная началась с колоссальной катастрофы, которая разразилась около 14 миллиардов лет назад. Большой взрыв случился не в каком-то определенном месте Вселенной, а сразу везде. В то время не было звезд, галактик и даже атомов, и Вселенную заполнял очень горячий плотный и быстро расширяющийся сгусток материи и излучения.
Увеличиваясь в размерах, он остывал. Примерно три минуты спустя после Большого взрыва температура снизилась достаточно для формирования атомных ядер, а через полмиллиона лет электроны и ядра объединились в электрически нейтральные атомы и Вселенная стала прозрачна для света. Это позволяет нам сегодня регистрировать свет, испущенный огненным сгустком. Он приходит со всех направлений на небе и называется космическим фоновым излучением. Как выглядит Вселенная на очень больших расстояниях, в областях, недоступных наблюдению? Первоначально огненный сгусток был почти идеально однородным. Но крошечные неоднородности в нем все-таки были: в некоторых областях плотность была чуть выше, чем в других. Эти неоднородности росли, стягивая своей гравитацией все больше вещества из окружающего пространства, и за миллиарды лет превратились в галактики.
И лишь совсем недавно по космическим меркам на сцене появились мы, люди. В пользу теории Большого взрыва говорит множество наблюдательных данных, не оставляющих сомнений в том, что этот сценарий в основном корректен. Прежде всего мы видим, как далекие галактики разбегаются от нас с очень большими скоростями, что указывает на расширение Вселенной. Также теория Большого взрыва объясняет распространенность во Вселенной легких элементов, таких как гелий и литий. Но самой главной уликой, можно сказать, дымящимся стволом Большого взрыва, служит космическое фоновое излучение — послесвечение первичного огненного шара, до сих пор позволяющее его наблюдать и исследовать. За его изучение присуждены уже две Нобелевские премии. Итак, мы, похоже, располагаем весьма успешной теорией. И все же она оставляет без ответа некоторые интригующие вопросы, касающиеся начального состояния Вселенной сразу после Большого взрыва.
Почему Вселенная была такой горячей? Почему она стала расширяться? Почему она была такой однородной? И, наконец, что было с ней до Большого взрыва? На все эти вопросы отвечает теория инфляции, которую Алан Гут выдвинул 28 лет назад. В обыденном понимании этого слова вакуум — просто абсолютно пустое пространство. Но для физиков, занимающихся элементарными частицами, вакуум — далеко не полное ничто, а физический объект, обладающий энергией и давлением, который может находиться в различных энергетических состояниях. Физики называют эти состояния разными вакуумами, от их характеристик зависят свойства элементарных частиц, которые могут в них существовать.
Связь между частицами и вакуумом подобна связи звуковых волн с веществом, по которому они распространяются: в разных материалах скорость звука неодинакова. Мы живем в очень низкоэнергетическом вакууме, и долгое время физики считали, что энергия нашего вакуума в точности равна нулю. Однако недавно наблюдения показали, что он обладает немного отличной от нуля энергией она получила название темной энергии. Компьютерная модель вечной инфляции. Ложный вакуум желтый расширяется вдвое каждые 10-33 секунд. В областях, где он распался синие , образовались вселенные, подобные нашей. Наряду с очень высокой энергией ложный вакуум характеризуется большим отрицательным давлением, которое называют натяжением. Это то же самое, что растянуть кусок резины: появляется натяжение — сила, направленная внутрь, которая заставляет резину сжиматься.
Но самое странное свойство ложного вакуума — это его отталкивающая гравитация. Согласно общей теории относительности Эйнштейна гравитационные силы вызываются не только массой то есть энергией , но также и давлением. Положительное давление вызывает гравитационное притяжение, а отрицательное ведет к отталкиванию. В случае вакуума отталкивающее действие давления превосходит притягивающую силу, связанную с его энергией, и в сумме получается отталкивание. И чем выше энергия вакуума, тем оно сильнее. А еще ложный вакуум нестабилен и обычно очень быстро распадается, превращаясь в низкоэнергетический вакуум. Избыток энергии идет на порождение огненного сгустка элементарных частиц. Тут важно подчеркнуть, что Алан Гут не изобретал ложный вакуум со столь странными свойствами специально для своей теории.
Его существование следует из физики элементарных частиц. Гут просто предположил, что в самом начале истории Вселенной пространство находилось в состоянии ложного вакуума. Почему так случилось? Хороший вопрос, и тут есть что сказать, но мы вернемся к этому вопросу в конце статьи. А пока предположим вслед за Гутом, что молодая Вселенная была заполнена ложным вакуумом.
Выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Учредитель федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийская государственная телевизионная и радиовещательная компания". Все права на любые материалы, опубликованные на сайте, защищены в соответствии с российским и международным законодательством об интеллектуальной собственности.
Виртуальный хостинг
- Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
- Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
- Ученые предрекли гибель Вселенной и в доказательство представили видеоролик
- Новость №430: Излучение Хокинга спасло Вселенную от распада ложного вакуума | Пикабу
- Позитроны укажут на распад вакуума при столкновении тяжёлых ионов