Квантовый рубеж: может ли Вселенная внезапно исчезнуть

Научное сообщество на протяжении длительного времени размышляло о потенциальном сценарии космической катастрофы, способной молниеносно уничтожить привычную реальность. Теперь эти умозрительные построения получили практическое воплощение благодаря инновационному исследованию.

Исследовательская группа из научного центра в Остине осуществила беспрецедентный эксперимент, используя передовой квантовый компьютер. Специалисты применили высокотехнологичную 5,564-кубитную систему для моделирования гипотетического сценария распада вакуума — процесса, который теоретически способен трансформировать существующую вселенную.

Фундаментальная концепция исследования базируется на революционном представлении о нестабильности космического вакуума. Согласно современным физическим теориям, пространство наполнено энергетическими полями, среди которых особое значение имеет поле Хиггса — ключевой механизм формирования массы элементарных частиц.

Гипотетический механизм разрушения выглядит следующим образом:

Этот распад может начаться со спонтанного образования "пузыря” истинного вакуума где-то во Вселенной. Затем этот пузырь будет расширяться со скоростью, близкой к скорости света, кардинально меняя законы физики внутри него и уничтожая все на своем пути, включая целые галактики. Ужасающая особенность этого процесса заключается в том, что мы бы его не заметили.

Несмотря на то, что это звучит как научная фантастика, физики серьезно относятся к этой возможности. Однако, поскольку распад вакуума — глубоко квантовомеханический процесс, его моделирование было сложной задачей — до сих пор.

Квантовые компьютеры давно считаются будущим вычислительной техники, способными решать задачи, недоступные даже самым мощным классическим суперкомпьютерам. Одно из таких квантовых устройств, квантовый отжиг D-Wave, использовалось для моделирования физики распада вакуума в одном измерении.

В отличие от классических битов, которые могут существовать только в двух состояниях (0 или 1), кубиты используют причудливые свойства квантовой механики, чтобы существовать в суперпозиции обоих состояний одновременно. Это позволяет квантовым компьютерам параллельно обрабатывать огромные объемы информации, делая их идеальными для изучения сложных квантовых явлений, таких как ложный распад вакуума.

Исследователи запрограммировали квантовый отжиг так, чтобы он представлял собой упрощенную вселенную, в которой метастабильный ложный вакуум может распадаться в более стабильное состояние. Манипулируя кубитами, они смоделировали спонтанное образование пузырьков истинного вакуума и наблюдали, как они взаимодействуют и растут.

Эксперимент продемонстрировал сложную динамику взаимодействия вакуумных "пузырей", которая полностью коррелирует с теоретическими прогнозами. Исследователи наблюдали их слияние, расширение и взаимовлияние в квантовой системе.

Несмотря на масштабность открытия, ученые подчеркивают: вероятность мгновенного коллапса ничтожно мала. По текущим оценкам, поле Хиггса сохранит стабильность на протяжении триллионов лет.

Следующий этап исследований предполагает моделирование распада вакуума в двумерном пространстве, что существенно усложнит эксперимент.

Уточнения

По́ле Хи́ггса — поле, обеспечивающее спонтанное нарушение симметрии электрослабых взаимодействий благодаря нарушению симметрии вакуума, названо по имени разработчика его теории, британского физика Питера Хиггса.