16. února 2025
4 Min Read
Kvantová simulace ukazuje, jak by „bubliny“ ničení vesmíru mohly růst
Fyzici nacházejí nové způsoby, jak modelovat falešný vakuový rozpad, děsivý, i když vzdálený, kosmická koncová hra
Dobrou zprávou je, že vy a všichni, koho milujete, zemřete dlouho předtím, než se to může stát.
Nyní pro špatné zprávy. Jednoho dne, v daleko vzdálené budoucnosti, věřích nad jeho 13,8 miliarda let dospívání, mohl vesmír utrpět „„falešný vakuový rozpad“ To by zahrnovalo „bublinu“ nepochopitelně destruktivní síly, která by se spontánně zhmotnila a zvlněla prostorovou rychlostí světla. Taková událost by přepsala základní fyzikální zákony a vyhladily naši realitu v ekvivalentu kosmického příkazu řezu a vložení.
„Cokoli (bylo) ve falešném vakuu – tak bychom to byli my – okamžitě zmizeli, když se tato bublina rozšíří skrz nás,“ říká Jaka Vodeb, fyzik v Jülichově centru v Německu.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Po celá desetiletí se teoretičtí fyziky zajímaly zda je vesmír stabilní nebo metastabilní. Ve druhém scénáři je to v „falešném vakuu, které se nakonec rozpadne do stavu nižší energie, což je skutečné vakuum. „Vakuum“, v tomto případě se nevztahuje ani na zařízení ani na vesmír, ale na stav skutečně prázdného prostoru, který může mít energii, i když je postrádá částice. V posledních letech se experimentální kolegové teoretiků začali pohrávat s kvantovými systémy, které v laboratoři bičují analogické systémy (vzhledem k tomu, že práce s bona fide vesmírnými bublinami by byla trochu dusná).
Začátkem tohoto měsíce Vodeb a jeho kolegové zveřejnili zjištění jejich simulace kosmické bubliny v Fyzika přírody. S použitím 5,564 qubit kvantového žísíře z Společnost d-wave Aby v podstatě vytvořili jednorozměrný řetězec vysoce citlivých magnetů, které by mohly směřovat nahoru nebo dolů, simulovaly růst a interakce kosmických bublin.
Vědci nejprve uspořádali qubits ukazovat nahoru a poté naladit magnetické pole tak, aby směřování bylo energeticky příznivé. Postupem času se některé qubits převrátily, aby směřovaly dolů, a převrácení kaskádové do nedalekých qubits, vytvářející klastry nebo bubliny. Analogové bubliny pak rostly a sloučily a odpovídaly předpovědi o jejich kosmických protějšcích. Výsledky, nejprve Sdíleného Na serveru PRIZPRITT ARXIV.org v červnu 2024 představují poprvé simulované interakce kosmické bubliny.
„Toto je jedna z nejjednodušších demonstrací toho, jak se vakuum může rozpadat ve skutečném fyzickém systému se správnou analytickou teorií za ním,“ říká Roopayan Ghosh, teoretik na University College London, který byl recenzerem papíru. „Proto si myslím, že by to měli považovat za zajímavé.“
Na rozdíl od jejich apokalyptického předmětu jsou fyziky, kteří studují falešný vakuový rozpad, o celé věci spíše zen. „Opravdu ne, víš, žiji v existenciálním strachu,“ říká Vodeb.
Tak dlouho a děkuji za všechny zmrazené ryby
Chcete -li pochopit metastabilitu falešného vakua, začněte Naplnění láhve destilovanou vodou a vložení do mrazničky na pár hodin. Voda láhve, bez prachu nebo chemikálií, která spustí krystalizaci do ledu, může zůstat kapalina pod normálním bodem mrazu. Toto je metastabilní stav. Jostling láhev způsobí Supercooled Water okamžitě zamrznout na led a přesunout se do svého stabilního stavu.
Další příklad metastability, morbidně apropos bublin na konci vesmíru, zahrnuje ryby.
Grónsko treska (Roky Ogac) je opálená ryba, která je nezajímavé-je to pro to, že její krev zamrzne asi na –0,7 stupňů Celsia. Během zimy je mořská voda v jejich geografickém rozsahu chladnější než ta, která dosáhne chladné teploty –1,9 stupňů C. Cod není teplejší, ale plavou dobře – pokud nejsou přivedeny do styku s ledem. Vědci Studium jevu v fjordech severní Kanady v 50. letech Umístěte ryby na led a sledovali: ledové krystaly stoupaly přes kůži tresky, rychle zabily ryby a vytvořily zmrazený pomník metastabilní prekarity.
Zatímco Flash Frozen Cod je klasický jev, vyžaduje falešný vakuový rozpad kvantové tunelováníve kterém vysoce nepravděpodobná fluktuace vede vesmír do jiného stavu. Jak nepravděpodobné je ta kolísání? Pokud je vesmír ve skutečnosti metastabilní, Nedávné výpočty vakuového rozpadu umístili svůj život asi na 10790 roky, tak velké číslo, že byste mohli čekat dalších 13,8 miliard let na příchod lepší analogie a kosmické zničení by stále bylo 10790 roky pryč.
Předpokládejme, že máte to štěstí, že jste byli pro falešný vakuový rozpad, fyzici usoudili, že existují další povzbudivé zprávy. „V důsledku této rychlé expanze, pokud by se k nám v tuto chvíli rozšiřovala bublina, neměli bychom v podstatě žádné varování před jeho přístupem až do jeho příjezdu,“ napsal Sidney Coleman, teoretik na Harvard University, V příspěvku z roku 1977.
Fyzici, kterým se dozvěděli „vesmír v láhvi“, se naučili foukat „bubliny“ v různých médiích. Kvantový žírník je pomalý a není příliš užitečné pro výpočetní technikuVodeb říká, ale jeho tisíce qubits jsou ideální pro takovou simulaci, protože jsou velmi kontrolovatelné, což umožňuje snadno zahájit a pozorovat tvorbu bublin.
Minulý rok Alessandro Zenesini a jeho kolegové na University of Trento v Itálii hlásili své pozorování bubliny Ve sbírce asi milionu atomů sodíku, které byly velikostí máku a ochlazeny na téměř absolutní nulu. V takovém případě se bublina skládala ze shluků tisíců atomů, které převrátily jejich orientaci, aby napodobovaly posun z falešného vakua na skutečný.
Ačkoli takové atomové shluky jsou blíže k konvenčnímu obrazu bubliny než žíjové qubits v nové studii, jsou stále jen modelem surového hračky vesmíru – bez ohledu na to, že jim chybí žádné smysluplné zahrnutí gravitace. „Nemůžeme říci nic o skutečném vesmíru“ na základě experimentu 2024 v Itálii, říká Alessio Recati, teoretik na University of Trento a člen skupiny, která provedla tuto dřívější studii.
To samozřejmě vyvolává širší a poněkud důležité, i když neurgentní, otázka: je kosmos ve skutečnosti metastabilní, vzdáleně určen k vyhynutí kosmickými bublinami? „Mohlo by to být,“ říká Zenesini vážně. „Kdo ví?“
