К сожалению, сайт не работает без включенного JavaScript. Пожалуйста, включите JavaScript в настройках вашего броузера.
Наш канал в Telegram
Самое важное о финансах, инвестициях, бизнесе и технологиях
Подписаться

Новости

Разрушение пустоты: могут ли физики случайно уничтожить Вселенную

Иллюстрация Getty Images
Иллюстрация Getty Images
Недавно некоторые СМИ сообщили, что ученые впервые наблюдали распад ложного вакуума. Это грозное явление способно уничтожить звезды, планеты и атомы. Научный обозреватель Forbes Анатолий Глянцев объясняет, может ли апокалипсис стать расплатой за любопытство

Распад ложного вакуума — это физическое явление, способное уничтожить каждый атом во Вселенной. Если судить по некоторым заголовкам, именно его недавно и наблюдали ученые. Поводом для волны публикаций стала научная статья в Nature Physics, авторы которой вовсе не стремились уничтожить мир. Разберемся по порядку, что такое ложный вакуум, чем он опасен и какой выдающийся результат получили экспериментаторы.

Ружье на стене

В бытовом понимании вакуум — это когда нет совсем ничего. Однако так не бывает. В любой пустоте есть многочисленные поля — электромагнитное, гравитационное и другие. Строго говоря, с каждым видом элементарных частиц связано собственное поле.

Если любая пустота пронизана всевозможными полями, что же такое вакуум? Просто состояние полей с наименьшей энергией. Вопрос в том, что означает «наименьшая».

 

Простая аналогия: поднимая предмет над землей, мы запасаем в нем потенциальную энергию. Мерило этой энергии — высота. Гиря, выпущенная из рук, приходит в состояние наименьшей энергии, то есть падает на пол. Но если дело происходит на третьем этаже, есть нюанс. Уровень, в котором оказалась гиря — отнюдь не самый низкий в доме. Просто она не смогла пробить пол и добраться до второго этажа, не говоря уж о первом.

Самый глубокий минимум энергии поля называется истинным вакуумом. В нашей аналогии это уровень земли. Все остальные минимумы, если они есть (пол на верхних этажах) — ложные вакуумы.

 
Telegram-канал Forbes.Russia
Канал о бизнесе, финансах, экономике и стиле жизни
Подписаться

До поры до времени ложный вакуум ведет себя как истинный. Жить на третьем этаже так же комфортно, как и на первом. А если никогда не покидать квартиры и не смотреть в окна, можно и не узнать, на каком этаже живешь. Вселенная — огромный дом без окон и дверей. Поэтому не так уж просто понять, истинный наш вакуум или ложный, а если ложный, сколько под нами этажей.

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.

 

Энергии распада ложного вакуума будет достаточно, чтобы разрушить любые структуры, от атомов до галактик. При этом «стена огня» станет распространяться со скоростью света. Теоретически не исключено, что в эту самую секунду она зарождается на какой-нибудь планете в тысяче световых лет от нас. В этом крайне маловероятном случае Земле осталась тысяча лет. Известная нам физика не предусматривает никакого «дождя», способного потушить «лесной пожар». Однажды начавшись, распад ложного вакуума охватит все пространство. 

Согласно некоторым теориям, именно это произошло в момент Большого взрыва. Распад существовавшего тогда ложного вакуума породил стремительно расширяющееся пространство, заполненное раскаленной материей. По мере остывания из продуктов взрыва образовались звезды, галактики и планеты. Вопрос в том, добралась ли при Большом взрыве гиря до земли или только до очередного этажа. И во втором случае — грозит ли нам новое падение?

Последняя неприятная новость состоит в том, что если наш этаж не первый, то падение рано или поздно произойдет. С бытовой точки зрения гиря не может просто взять и упасть сквозь пол, на каком бы этаже она ни находилась. Сначала пол нужно повредить тем или иным способом. Но у квантовой физики свои законы. Любая система рано или поздно преодолеет любой энергетический барьер. Это называется туннельным эффектом, и его срабатывание — лишь вопрос времени. Вселенная словно принимает близко к сердцу завет классика: висящее на стене ружье должно когда-нибудь выстрелить.

Самый невероятный из концов света

Если читателя встревожило такое положение дел, самое время сообщить обнадеживающие новости.

Мы не знаем, истинный вакуум нас окружает или ложный. Для ответа нужно как можно точнее измерить массу двух частиц — бозона Хиггса и верхнего кварка. Пока погрешности в их массах попадают в пограничную зону между истинным и ложным вакуумом.

 

Однако если наш вакуум и ложный, то просочиться сквозь этот пол не так-то просто. Туннельный эффект рано или поздно возьмет свое, но подождать придется этак 1050 лет (единица и 50 нулей после нее). Для сравнения: с момента Большого взрыва прошло менее 1018 секунд — секунд, а не лет. Надо ли говорить, что к тому моменту давным-давно перестанут рождаться звезды, а успевшие родиться — догорят и остынут. Вселенная будет темна, печальна и безжизненна. Стоит ли жалеть об исчерпавшем себя мире, даже если бы нашлось, кому жалеть? 

А как насчет возможности подпилить пол под гирей, устроив апокалипсис прямо сейчас? Конец света могли бы спровоцировать всего две столкнувшиеся частицы. Правда, их пришлось бы ускорить как минимум до энергии в 10 миллиардов гигаэлектронвольт. Это в миллионы раз превышает возможности Большого адронного коллайдера. Человечеству просто не по силам построить «ускоритель апокалипсиса» — во всяком случае, в этом столетии.

Но что, если его построит некая сверхцивилизация, не ведающая, что творит? Или он возникнет естественным образом? В конце концов, сверхмассивные черные дыры явно ускоряют частицы до энергий, не снившихся земным коллайдерам. И вряд ли кто-то может с уверенностью сказать, где предел мощи этих природных ускорителей.

Что ж, самое время вспомнить, что апокалиптическая картина с распадом ложного вакуума следует из Стандартной модели. Да, это лучшая теория в физике элементарных частиц. Да, она подтверждена гигантским количеством экспериментов. Но лишь при энергиях, доступных существующим ускорителям. Мы просто не знаем, сохраняет ли эта теория свою силу при энергиях, в миллионы раз больших. 

 

Как бы ни были хороши физические теории, обычно они работают лишь в определенных границах. Например, классическая механика управляет движением тел в огромном диапазоне масштабов, от молекул в газе до галактик во Вселенной. Но она не работает ни для слишком маленьких тел, ни для слишком быстрых движений, ни для слишком сильной гравитации. Движением тел размером с электрон заведует квантовая механика, околосветовыми скоростями — специальная теория относительности, а тяготением черных дыр — общая теория относительности. Так и стандартная модель, скорее всего, имеет границы, за которыми ее выводы не состоятельны. 

Теоретики давно грезят о новой физике за пределами стандартной модели. Они придумали струны, дополнительные измерения, суперсимметрию, квантовую гравитацию и прочие занимательные вещи. Но никто не знает наверняка, где границы Стандартной модели и что за этими границами. Наблюдая за ростом ребенка в первые десять лет, можно сделать вывод, что к середине жизни он пробьет головой потолок. Возможно, распад ложного вакуума — столь же наивная экстраполяция ограниченных наблюдений.

Вселенная на лабораторном столе

Подведем итоги. Допустим, что наш вакуум — ложный, хотя это лишь предположение. Его самопроизвольный распад ожидается много позже естественной смерти Солнца. Искусственно устроить апокалипсис человечеству не под силу. Возможно, его может спровоцировать некая сверхцивилизация, но и это очень большой вопрос. Пожалуй, из всех мыслимых сценариев гибели человечества вакуумный — самый невероятный. Беспокоиться о нем абсолютно точно не стоит.

Тогда что же за эксперимент недавно поставили физики? Они воспроизвели, так сказать, природную модель распада ложного вакуума. Исследователи наблюдали явление, физически совершенно другое, но математически описывающееся практически теми же уравнениями.

 

Физики охладили атомы натрия до температуры, превышающей абсолютный нуль менее чем на тысячную долю градуса. В таких условиях вещество находится в особом состоянии под названием конденсат Бозе-Эйнштейна. Упрощенно говоря, это газ с особыми свойствами. Он неустойчив и стремится превратиться в жидкость, как ложный вакуум стремится стать истинным. Зарождающийся пузырек жидкости расширяется, пока не поглотит весь газ. Эксперимент подтвердил, что это сходство — не поверхностное, а очень глубокое. Квантовый газ конденсируется именно так, как, согласно существующим теориям, должен распадаться ложный вакуум.

Конденсат Бозе-Эйнштейна не впервые используется в качестве карманного космоса. Несколько лет назад другая научная группа воспроизвела в нем раннюю историю расширения Вселенной. Правда, тогда проверялись несколько иные аспекты, не связанные с распадом ложного вакуума. Но идея так же: изучить глобальные и не поддающиеся наблюдению процессы на маленькой, безопасной и воспроизводимой модели.

Мы в соцсетях:

Мобильное приложение Forbes Russia на Android

На сайте работает синтез речи

иконка маруси

Рассылка:

Наименование издания: forbes.ru

Cетевое издание «forbes.ru» зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций, регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации: серия Эл № ФС77-82431 от 23 декабря 2021 г.

Адрес редакции, издателя: 123022, г. Москва, ул. Звенигородская 2-я, д. 13, стр. 15, эт. 4, пом. X, ком. 1

Адрес редакции: 123022, г. Москва, ул. Звенигородская 2-я, д. 13, стр. 15, эт. 4, пом. X, ком. 1

Главный редактор: Мазурин Николай Дмитриевич

Адрес электронной почты редакции: press-release@forbes.ru

Номер телефона редакции: +7 (495) 565-32-06

На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети «Интернет», находящихся на территории Российской Федерации)

Перепечатка материалов и использование их в любой форме, в том числе и в электронных СМИ, возможны только с письменного разрешения редакции. Товарный знак Forbes является исключительной собственностью Forbes Media Asia Pte. Limited. Все права защищены.
AO «АС Рус Медиа» · 2024
16+