Физики смоделировали квантовый процесс, который может положить конец Вселенной
Физики смоделировали квантовый процесс, который в теории способен привести к радикальной перестройке всего пространства и даже «уничтожению» привычной Вселенной. Речь идёт о так называемом распаде ложного вакуума — гипотетическом сценарии, при котором текущая стабильность пространства оказывается лишь временным состоянием, а истинная энергетически более низкая конфигурация может оказаться принципиально иной.
Согласно современным представлениям, вакуум в физике вовсе не является абсолютной «пустотой». Он представляет собой состояние квантовых полей с минимально возможной энергией. Однако теория допускает, что это состояние может быть не самым низким: существуют конфигурации с ещё меньшей энергией, к которым система потенциально способна перейти.
Если в каком-то участке пространства происходит такой переход, формируется «пузырь» нового состояния вакуума. В теоретических моделях он может расширяться со скоростью, близкой к скорости света, последовательно изменяя физические законы внутри себя и распространяясь на всё окружающее пространство.
Именно этот процесс и называется распадом ложного вакуума. Он находится на пересечении квантовой теории и общей теории относительности, поскольку инициируется квантовыми эффектами, но его последствия разворачиваются в космологических масштабах. Совместное описание таких явлений до сих пор остаётся одной из ключевых нерешённых задач фундаментальной физики.
Группа физиков из Университета Цинхуа в Китае предложила способ исследовать этот процесс экспериментально, не создавая реальных космологических рисков. Вместо попытки воздействовать на сам вакуум они использовали аналоговую систему — кольцо из ридберговских атомов.
Ридберговские атомы представляют собой сильно возбуждённые атомы, в которых электроны находятся на крайне удалённых орбитах. Такие системы обладают высокой чувствительностью и способны демонстрировать усиленные квантовые эффекты, что делает их удобной платформой для моделирования сложных физических явлений.
В эксперименте атомы были выстроены в кольцо и взаимодействовали друг с другом через силы взаимного отталкивания. В этой конфигурации формировалась симметричная структура с чередующимися состояниями, аналогичная различным энергетическим конфигурациям, напоминающим «ложный» и «истинный» вакуум в теоретической модели.
Затем систему подвергли воздействию лазеров, которые нарушили исходную симметрию. Это привело к появлению двух возможных энергетических состояний, одно из которых соответствовало метастабильному «ложному вакууму», а другое — более устойчивому состоянию. Переход между ними происходил спонтанно и зависел от параметров внешнего воздействия.
Наблюдаемый процесс оказался согласован с теоретическими предсказаниями о том, как может происходить квантовое «рождение пузыря» истинного вакуума. При определённых условиях система быстрее переходила в более стабильное состояние, что аналогично ускорению распада ложного вакуума в теоретических моделях.
Хотя эксперимент не имеет отношения к реальному космосу и не способен воспроизвести космологические масштабы явления, он позволяет изучать динамику подобных переходов в контролируемых условиях. Учёные отмечают, что такие системы становятся важным инструментом для исследования границы между квантовой физикой и релятивистскими процессами.
Исследователи считают, что подобные эксперименты могут помочь глубже понять фундаментальные законы устройства Вселенной и приблизить создание единой теории, объединяющей квантовую механику и гравитацию, а также уточнить, насколько стабильным является наше текущее состояние пространства.
Возможность того, что Вселенная находится в метастабильном состоянии, остаётся чисто теоретической, однако подобные работы показывают, как такие сценарии могут быть описаны и проверены на уровне лабораторных аналогов.
Статья в журнале Physical Review Letters.