Современная физика допускает, что Вселенная может исчезнуть не из-за столкновения галактик и не вследствие постепенного угасания, а мгновенно — по квантовому сценарию. Речь идет о гипотезе ложного вакуума, которую ученые считают одним из самых тревожных вариантов конца космоса. Впервые этот механизм удалось воспроизвести в лабораторных условиях. Об этом сообщает Sciencepost.
За последние десятилетия физики предложили несколько сценариев финала Вселенной. Один из самых известных — Большое замораживание, при котором космос будет бесконечно расширяться, звезды исчерпают топливо, а температура постепенно опустится почти до абсолютного нуля.
Существует и противоположная идея — Большой хруст. В этом случае расширение Вселенной замедляется, сменяется сжатием, а вся материя и энергия снова концентрируются в сверхплотном состоянии. Теоретически такой процесс может завершиться новым циклом расширения, если изменятся свойства тёмной энергии и динамика космоса в далёком будущем, как предполагают модели, где галактики могут начать сближаться.
Еще один вариант — Большой разрыв. Согласно этой гипотезе, ускорение расширения станет настолько сильным, что разрушит сначала галактики, затем звезды, планеты и в итоге даже элементарные частицы.
Однако сценарий, который сегодня привлек особое внимание ученых, связан с понятием ложного вакуума. В физике вакуум — это не пустота, а состояние квантовых полей с определенным уровнем энергии.
Если использовать наглядную аналогию, Вселенная похожа на шар, застрявший в неглубокой впадине на склоне холма. Это устойчивое, но не самое низкое энергетическое состояние. Если поле внезапно «провалится» глубже, возникнет пузырь нового вакуума, который начнет стремительно расширяться.
Такой пузырь радикально изменил бы законы физики внутри себя. Пространство, время и фундаментальные взаимодействия стали бы другими, что сделало бы существование привычной материи невозможным.
До недавнего времени ложный вакуум оставался чисто теоретической конструкцией. Однако группа итальянских экспериментаторов и британских теоретиков смогла впервые воспроизвести аналог этого процесса в лаборатории.
Для эксперимента использовалась сверххолодная атомная система — газ, охлажденный почти до абсолютного нуля. В таких условиях квантовые эффекты становятся доминирующими, а поведение системы можно сравнить с нестабильным состоянием вакуума во Вселенной.
Ученые создали ситуацию, при которой система находилась в метастабильном состоянии, а затем наблюдали формирование «пузырей» перехода к более низкой энергии. Этот процесс оказался удивительно похож на теоретические модели распада ложного вакуума.
В квантовой механике переход к более устойчивому состоянию может происходить без внешнего воздействия — за счет туннелирования. Именно этот механизм, по мнению физиков, может однажды сработать и на космическом уровне.
Тепловые эффекты в эксперименте играли роль катализатора, ускоряя образование пузырей. В реальной Вселенной аналогичную роль могут играть флуктуации квантовых полей, существующие даже в кажущейся пустоте.
Использование ультрахолодных атомных систем позволяет моделировать процессы, которые невозможно наблюдать напрямую. Такие эксперименты уже применяются для изучения ранней Вселенной, квантовой гравитации и фазовых переходов в космологии.
Исследователи планируют приблизить условия эксперимента еще ближе к абсолютному нулю, чтобы усилить квантовые эффекты и получить более точную модель распада ложного вакуума.
Большое замораживание предполагает медленное и холодное угасание без резких событий. Большой хруст связан с обратным сжатием и возможным новым циклом. Большой разрыв разрушает структуры постепенно, но не мгновенно. Распад ложного вакуума отличается тем, что может произойти внезапно и без предупреждающих признаков.
Этот сценарий помогает глубже понять природу квантовых полей и фундаментальных законов физики.
Может ли ложный вакуум разрушить Вселенную внезапно?
Теоретически да, но вероятность такого события неизвестна и считается крайне малой.
Обнаружат ли ученые приближение катастрофы?
Нет, такой переход, если он возможен, произойдет без предупреждающих сигналов.
Зачем моделировать конец Вселенной в лаборатории?
Это помогает проверить фундаментальные теории и глубже понять устройство реальности.