Новое исследование показывает, что механизм космической блокировки может защитить Вселенную от распада ложного вакуума
У физиков есть множество теорий о том, как наша Вселенная может закончиться. Одна из них предполагает, что она не находится в своём наиболее стабильном состоянии. Если она перейдёт в это состояние, всё сущее может обратиться в квантовое небытие.
Речь идёт о распаде ложного вакуума. В этом гипотетическом сценарии Вселенная кажется нам, локальному наблюдателю, стабильной. Но некоторые расчёты указывают на то, что она не находится в состоянии с минимально возможной энергией — истинном вакууме. Если Вселенная туннелирует в более стабильное состояние, реальность в том виде, в каком мы её знаем, будет уничтожена. Этот космический переход создал бы пузырь, расширяющийся почти со скоростью света и полностью переписывающий правила физики без предупреждения.
Однако новое исследование предполагает, что такой сценарий может быть менее вероятным, чем опасались. Группа физиков выявила механизм, посредством которого быстрое расширение ранней Вселенной вызвало квантовые эффекты, заблокировавшие её в текущем состоянии. Это явление называют космической блокировкой.
Что такое ложный вакуум
История начинается с бозона Хиггса — частицы, которая придаёт массу всем остальным частицам. Без неё Вселенная была бы однородным супом из безмассовых частиц, неспособных образовывать атомы, молекулы и всё остальное. Именно из исследования поля Хиггса физики поняли, что Вселенная может находиться не в своём наиболее стабильном состоянии.
Представить это можно так. Вообразите шар, который катается по ландшафту из холмов и долин. Шар — это состояние поля Хиггса. Долины — это возможные вакуумы, то есть состояния с определённой энергией. Долина, в которой мы находимся, кажется стабильной: шар удобно лежит на дне. Но это не самая глубокая долина. Где-то есть более низкое состояние — истинный вакуум. Наш ложный вакуум — это временное пристанище, из которого теоретически можно скатиться ниже.
Квантовая механика допускает, что поле может туннелировать через холм, разделяющий две долины. Если это произойдёт, свойства частиц и сил изменятся фундаментально. Атомы могут перестать существовать в привычном виде. Химия, физика, всё, что мы знаем, перестанет работать.
Как расширение Вселенной могло заблокировать распад
Новое исследование утверждает, что квантовые поля не существуют изолированно. Они взаимодействуют с окружающей средой. В быстро расширяющемся пространстве, каким была ранняя Вселенная, эти взаимодействия приводят к декогеренции — явлению, при котором квантовая система теряет свои квантовые свойства и начинает вести себя как классическая. Причина в том, что информация о состоянии поля постоянно утекает в окружающую среду.
Декогеренция, в свою очередь, запускает квантовый эффект Зенона. Суть его в том, что наблюдаемая квантовая система с трудом переходит из одного состояния в другое. Если её постоянно «измерять», она как бы застревает. В данном случае роль непрерывного наблюдателя играет сама окружающая среда: взаимодействия постоянно переносят информацию о состоянии поля наружу, не давая ему туннелировать.
В результате система оказывается запертой в том локальном минимуме, в который попала. Если поле Хиггса было достаточно тяжёлым относительно скорости расширения Вселенной, оно могло приблизиться к истинному вакууму. Если лёгким — оно не успевало за изменениями и застревало в ложном вакууме. В обоих случаях декогеренция помогала удержать систему на месте.
Что это значит
Этот механизм не исключает распад ложного вакуума полностью. Модель всё ещё упрощена: она не учитывает меняющуюся скорость космического расширения, влияние поля на гравитацию и другие факторы. Защищает ли этот механизм нашу Вселенную прямо сейчас — неизвестно. Для ответа потребовались бы значительно более сложные расчёты.
Но сама идея важна. Она предлагает физический механизм, который мог бы стабилизировать ложный вакуум и предотвратить catastrophic распад. Если это так, квантовый пузырь, способный уничтожить реальность, может никогда не возникнуть — не потому, что нам повезло, а потому, что сама природа ранней Вселенной заблокировала такую возможность.
