‹ Назад

Чи знаєте ви, що цілком можливо, що бозон Хіггса нерозривно пов'язаний з дуже незвичайним сценарієм кінця світу — блискавичним, незворотнім та неминучим.

Що нас чекає в майбутньому?

Нашій планеті вже більше чотирьох з половиною мільярдів років. В таку ж кількість років (а можливо і більше) оцінюють і її приблизний час життя, починаючи з цього моменту. Проте це йде мова лише про життя саме планети, а ось життя на Землі з величезною ймовірністю завершиться значно раніше. Причин для цього може бути багато і про них ми поговоримо в одному з наших наступних відео.

Отже беззаперечним залишається той сумний факт, що всьому колись прийде кінець. І тут виникає логічне питання, а Всесвіт теж помре? Нажаль, як би це було не важко збагнути, але Всесвіт не виняток. Згідно з сучасним розумінням фізики, є кілька здогадок про те, що може статися в далекому безпросвітному майбутньому. У багатьох джерелах причини смерті Всесвіту вказуються одні й ті само. Наприклад, Всесвіт може охолонути настільки, що в ньому просто нічого не зможе вижити. Або все пройде ще веселіше й запуститься зворотній процес до Великого вибуху – Велике стиснення, коли весь Всесвіт знову стане маленькою точкою. Ну і насамкінець, Всесвіт просто настільки розшириться, що його просто розірве. Однак жоден з цих гіпотетичних кінців всього не такий дивовижний і одночасно страшний, як розпад вакууму.

При цьому страшному сценарії десь у Всесвіті має з'явитися бульбашка. Не дуже лякає? Проте закони фізики всередині неї докорінно відрізняються від тих, що панують зовні. Бульбашка розширюється зі швидкістю світла, в результаті поглинаючи весь Всесвіт. Галактики розлітаються, атоми неспроможні утримувати свої компоненти, а взаємодії частинок змінюються на фундаментальному рівні, тобто відбувається така собі вечірка на максималках. І найцікавіше (якщо взагалі це слово можна використовувати в цьому контексті) яку б форму Всесвіт не прийняв згодом, він безперечно стане непридатним для життя людини.

Ну а тепер, після порції позитиву, давайте розбиратися. Тільки не забувайте підписуватися на канал, адже ми тільки почали та вас чекає ще дуже багато цікавого.

Як таке можливо

Щоб зрозуміти, що таке розпад вакууму, слід спочатку розібратися, що таке вакуумний стан. У більшості людей слово «вакуум» асоціюється з відкритим космосом та іншими областями, де немає матерії. Однак відкритий космос насправді не порожній.

Навпаки, у ньому є флуктуючі квантові поля, що виробляють частинки, які відповідають за фундаментальні закони фізики у Всесвіті (повірте, це тільки звучить лякаюче, а насправді це досить зрозуміло, але це вже тема для одного з наступних відео на каналі). На сьогодні нам буде достатньо розуміння, що весь наш Всесвіт складається з квантових полів і в кожний момент простору-часу вони приймають певне значення.

І ще одне, але важливе зауваження – частинка, з точки зору теорії квантового поля – це не умовна надмаленька сфера, а збудження поля (простими словами прояв енергії). Тобто, наприклад, фотон – це не точка, що світиться, а коливання електро-магнітного поля.

Так, добре, повернемось до вакууму. Отже логічним буде прийняти те, що коли простір досягає мінімального енергетичного рівня, кажуть, що він перебуває у вакуумному стані. Проте навіть в такому стані ці квантові поля, попри все, продовжують роботу, утримуючи таким чином тканину реальності від руйнування. Ця їх робота отримала назву флуктуації, яку для більш зрозумілого сприйняття можна порівняти з постійними маленькими коливаннями на абсолютно спокійній поверхні води, тільки замість молекул води у хвильках, «хвилюється» енергія.

Нам відомі 17 частинок, які з'являються при збудженні квантових полів або, іншими словами, коли квантове поле отримує енергію. Одна з таких частинок, про яку ми вже згадували, — це фотон, який ми сприймаємо як світло та який відповідає за електромагнітні випромінювання на кшталт рентгенівського та мікрохвильового. Також є кварки, які збираються у протони та нейтрони в атомних ядрах. Інші частинки — частинки взаємодій — на кшталт сильної й слабкої, які насправді регулюють, як працює Всесвіт.

Коли основні квантові поля, що виробляють ці частинки, знаходяться у своїх вакуумних станах, Всесвіт стабільний. Виходячи з визначення, вакуумний стан не може втрачати енергію, оскільки, якби було справедливо протилежне, робота фундаментальних частинок також була б іншою, а отже, і Всесвіт перестав би працювати так, як він це робить зараз.

Більшість квантових полів, зважаючи на все, перебувають у своїх квантових станах, а отже, стабільні, а ми — у безпеці. Проте, варто відмітити, що виміряти ці речі дуже складно. До речі, ви звернули увагу, що я сказав, що в квантових станах знаходиться БІЛЬШІСТЬ полів. Це було не випадково, адже на сьогодні є відомим як мінімум одне поле, якому, можливо, лише тільки доведеться досягти свого справжнього вакуумного стану: і це загадкове поле Хіггса.

Як поле Хіггса пов’язане з розпадом вакууму

Поле Хіггса та пов'язаний з ним бозон Хіггса відповідають за наявність маси у всього у Всесвіті. Саме тому у фотонів маси немає, а у Z-бозонів її дуже мало – принаймні для квантової частинки. Також це поле важливе для забезпечення взаємодії між фундаментальними частинками.

Так ось, можливо, поле Хіггса «застрягло» на певному енергетичному рівні, який зовсім не є мінімальним. Як? Дуже просто. Уявіть собі м'яч, який котиться з ідеально рівного пагорба. Логічно, що зупинитися він зможе аж біля самого підніжжя. Але домалюйте в уяві собі широку западину посеред спуску. Тобто катитися м’ячу ще є куди і досить довго, але він зупинився в цій западині. Хто підіймався на Говерлу майже напевно прекрасно зрозумів про що я. Так ось, м’яч зупинився в западині і він так і буде там лежати, поки його хтось не підштовхне до низу. Логічно?

Так ось, всі інші поля «скатилися» до підніжжя, але поле Хіггса примудрилося застрягти в цій маленькій западині посеред спуску.

Якщо найнижча можлива енергія, що доступна полю, називається справжнім вакуумним станом, то цю западину можна вважати хибним вакуумом: він виглядає стабільним, але в ньому насправді більше енергії, ніж там, де поле Хіггса хоче бути. Щоб зрозуміти, чому поле Хіггса могло застрягти, потрібно чимало часу витратити на дуже непросту математику. Але ми просто зауважимо, що фізики вважають, що полю Хіггса ще, можливо, є де розвернутися, перш ніж досягти справжнього вакуумного стану.

Проблема в тому, що Всесвіт залежить від властивостей поля Хіггса у його нинішньому стані. Тому для нашого заспокоєння необхідно зрозуміти, що може виштовхнути його з цієї западини? Насамперед, для цього знадобився б неймовірний обсяг енергії. Але це також може статися через дивний квантовий феномен, відомий як квантове тунелювання. Так як квантові частинки поводяться хвилеподібно, є ймовірність, що вони можуть пройти крізь перешкоду і не витрачати той неймовірний обсяг енергії для того, щоб оминути її. Так ось, западина, яка утримує поле Хіггса на чинному місці якраз і є цією перешкодою.

Наслідки розпаду вакууму

Якби поле Хіггса вирвалося з хибного вакууму і спустилося до свого справжнього вакуумного стану, то чинні фізичні закони Всесвіту просто зруйнувалися б. При порушенні тонкого балансу між квантовими частинками поле Хіггса вирвалося б із помилкового вакууму, породжуючи по всьому Всесвіту ефект доміно під назвою розпад вакууму. Саме в цьому випадку бульбашка розпаду вакууму поширилася б по всьому Всесвіту на швидкості світла. При його проходженні через простір все — матерія, взаємодії Всесвіту — перестало б працювати і існувати у звичному для нас вигляді.

А що станеться після цього, неможливо навіть уявити. Закони фізики стануть зовсім іншими і — за найбільш імовірним сценарієм — унеможливлять наше існування. Можливо, атоми більше не зможуть утримуватись у загальних структурах, хімікалії вступатимуть у нові, невідомі реакції, також відбудуться багато інших речей, яких ми просто не можемо уявити.

На щастя, ця теорія ґрунтується на нашому нинішньому розумінні Всесвіту, яке, м'яко кажучи, дуже не повне. Ми не знаємо напевно, чи справді поле Хіггса знаходиться у хибному вакуумі, ми знаємо лише, що це можливо. Більше того, щоб поле Хіггса вийшло з хибного вакууму, може знадобитися дуже багато часу - набагато більше, ніж ми проіснуємо як вид. Також, слід зауважити, що певні частини Всесвіту віддаляються від нас зі швидкістю, більшою за швидкість світла. Так ось, якщо ця бульбашка-ініціатор переходу до справжнього вакууму, з’явиться саме в тій частині Всесвіту, то логічно, що вона нас не наздожене, звичайно якщо розширення Всесвіту не сповільниться.

В будь якому випадку, якщо ця подія справді відбудеться, ми не зможемо зробити нічого, щоб їй запобігти. Як зазначив фізик-теоретик Шон Керрол, якщо це станеться, то ми навіть не помітимо цього, оскільки все станеться неймовірно швидко. Отже, якщо розпад вакууму — один із можливих сценаріїв кінця існування всього, нам просто слід звикнути до цієї думки.

 

Відео на тему: https://www.youtube.com/watch?v=03cWtsf36vY