Тайна квантовых пузырьков: как ложный вакуум может уничтожить Вселенную

Почти пять десятилетий назад ученые-физики выдвинули гипотезу, что Вселенная может находиться в метастабильном состоянии, известном как ложный вакуум. Это состояние представляется стабильным, но способно перейти в настоящий вакуум на протяжении огромных периодов времени, вызывая фундаментальные изменения в космосе. Если такой переход произойдет, законы физики могут мгновенно измениться, что приведет к перестройке всего существующего.

Понимание этого явления оставалось сложной задачей из-за сложности квантовой теории поля. Однако новое исследование, проведенное международной командой ученых из Университета Лидса, Исследовательского центра Юлиха в Германии и Института науки и технологий Австрии (ISTA), значительно продвинуло науку вперед.

Используя передовой квантовый отжиг — устройство, созданное для решения сложных задач оптимизации, — исследователи смоделировали неуловимый процесс распада ложного вакуума.

Профессор Златко Папич, теоретический физик из Лидса, объяснил важность их работы, подчеркнув, что речь идет о процессе, который может полностью изменить структуру Вселенной. Он отметил, что фундаментальные константы могут мгновенно измениться, и мир, каким мы его знаем, может рухнуть, как карточный домик.

Считается, что распад ложного вакуума происходит через образование "пузырей" истинного вакуума внутри ложного вакуума. Подобно пузырькам, образующимся в жидкости, охлажденной ниже точки кипения, эти квантовые пузырьки расширяются и взаимодействуют, в конечном итоге приводя к фазовому переходу.

Команда использовала квантовый отжиг D-Wave с 5564 сверхпроводящими потоковыми кубитами, интегрированными в унифицированную инфраструктуру квантовых вычислений Юлиха (JUNIQ). Расположив эти кубиты в кольцо, они смоделировали поведение квантовой модели Изинга, системы, которая представляет магнитные взаимодействия на атомном уровне. Настройка параметров системы позволила им инициировать и наблюдать распад состояния ложного вакуума.

Доктор Жан-Ив Десолес, исследователь из ISTA, сравнил это явление с американскими горками с несколькими долинами, где квантовая механика позволяет Вселенной туннелировать из одной долины в другую. Он подчеркнул, что если это действительно так, квантовая механика позволила бы Вселенной в конечном итоге туннелировать в состояние с самой низкой энергией, или в "истинный" вакуум, что привело бы к катастрофическому глобальному событию.

Уточнения

Ло́жный ва́куум (метастабильный вакуум) — состояние в квантовой теории поля, которое не является состоянием с глобально минимальной энергией, а соответствует её локальному минимуму.