Ikiwa wewe ghafla fuata habari za kisayansi na za kisayansi bandia, unaweza kuwa umekutana na nyingine hadithi ya kutisha kutoka kwa Stephen Hawking. Huko tena anatishia ulimwengu wote na Har–Magedoni. Kwa usahihi, Hawking, kwa kweli, hakusema chochote kama hicho, anatangaza tu kitabu chake kipya cha Starmus, ambacho kitatolewa mnamo Oktoba, na vyombo vya habari, kama kawaida, huchukua na kueneza habari kote ulimwenguni - "Hawking alisema kuna ombwe mbili duniani, la uwongo na la kweli.” "Hivi karibuni kila kitu cha uwongo kitakuwa kweli na kila kitu kitaisha."
Kwa kawaida, huu ni upuuzi mtupu na hakuna haja ya kuogopa; Har–Magedoni imeahirishwa kwa muda usiojulikana. Lakini ningependa kukuambia nini utupu wa uwongo ni na kwa nini usipaswi kuogopa. Kwa mapokeo nitafanya hivi kwenye vidole vyako™.
Wazo ni la zamani kabisa, kwa njia, na Hawking hakuja nalo. Imekuwa ikizunguka katika duru za kisayansi tangu miaka ya 70 ya karne iliyopita. Na Hawking inaonekana amepata suluhisho lingine la busara kwa hili kwa sasa kinadharia kabisa dhana. Ili kuelewa ni nini utupu wa uwongo, kwanza unahitaji kujua ni nini utupu wa kweli, halisi.
Kwa maana yenyewe ya neno "utupu" inaonekana kuwa kamili, utupu kabisa. Lakini tuna utupu, kwa kusema, viwango tofauti vya upya, wacha tupitie kila moja.
Angalia chumba kutoka kwenye picha kwenye chapisho, kwa kawaida ikiwa hakuna watu kwenye chumba kinasemekana kuwa tupu. Lakini badala ya watu, kunaweza kuwa na kundi la vitu tofauti katika chumba, viti, sofa, makabati, mazulia kwenye kuta (lakini wanapaswa kuwa kwenye sakafu!) Na kadhalika.
Tutaondoa vitu vyote kutoka kwenye chumba, na kila kitu kabisa - tutapotosha soketi kutoka kwa kuta, tutabomoa bodi za msingi, kuondoa laminate, kuvuta sills za dirisha. Sasa chumba ni tupu kabisa. Lakini hii ni ombwe? Amejaa hewa! Kwa njia, mita ya ujazo ya hewa kwenye usawa wa bahari ina uzito wa kilo moja, na mita ya ujazo ya maji ina uzito wa tani moja. Hii ina maana kwamba katika chumba cha kawaida cha mita 3x5 kuna kidogo chini ya kilo 40 za hewa, kwa kuzingatia dari za kawaida za Krushchov.
Lakini pia waliondoa hewa, i.e. molekuli zote, vitu vyote vilivyokuwa ndani, sasa tuna ombwe? Hapana, bado kuna uwanja mwingi! Ikiwa kuna mwanga ndani ya chumba (badass, umesahau kuweka balbu mbali!), Kisha fotoni za mwanga zinaruka na kurudi kuzunguka chumba. Ikiwa mtu ameweka kituo cha kufikia Wi-Fi karibu na ukuta, Wi-Fi pia hutuma mawimbi yake ya umeme kwenye chumba. Pamoja na mtandao wa rununu hupokelewa kutoka kwa mnara wa karibu zaidi, na chumba kizima kimejaa masafa ya redio na TV, na bado niko kimya kwamba kwenye nebula kutoka kwa kundi la nyota la Hercules supernova ililipuka na kufurika chumba chetu chote, na chumba chetu kizima. kuna, Dunia nzima yenye mionzi ya gamma. Tutaondoa mionzi yote ya umeme inayowezekana kutoka kwenye chumba na kuilinda kabisa. Vivyo hivyo, chumba kimejaa mionzi ya asili ya microwave (bahati nzuri kuiondoa!) Na huchomwa na trilioni za neutrino kwa kila milimita ya ujazo ya ujazo. A-a-a-a!!!
Kwa kifupi, tulikasirika na kuondoa kila kitu, kila kitu, kila kitu kilichowezekana kutoka kwa chumba. Waliiwekea uzio kutoka kwa kila kitu, na ili kuilinda dhidi ya neutrinos walijenga kuta za risasi zenye unene wa miaka 2-3 kuzunguka pande zote. Ni sasa tu tumeanza kukaribia dhana ya ombwe kabisa. Hii haina kutokea katika asili, bila shaka. Lakini mbali, mbali na galaksi, kwenye utupu wa ulimwengu, unaweza kupata kitu kama hicho, ingawa bado hakuna kutoroka kutoka kwa mionzi ya asili ya microwave. Lakini hata huko, basi protoni iliyopotea itateleza, kisha neutrino, kisha fotoni kadhaa kutoka kwa galaksi iliyo karibu itaruka ndani.
Kwa hivyo, tuliondoa kila kitu, kila kitu kinachowezekana kutoka kwenye chumba, tulikuwa safi kabisa, safi, baridi joto la utupu 0 Kelvin (kwa sababu hakuna jambo, hakuna mashamba - hakuna joto) na kujiuliza ni nishati gani iliyomo katika kiasi cha chumba hiki iligeuka kuwa. Jibu la kimantiki litakuwa sifuri kabisa, halafu mara moja - ndio!
Ukweli ni kwamba kuna mambo ambayo tunaweza kuondoa kutoka kwenye chumba (utupu), lakini kuna mambo ambayo hayawezi kuondolewa kutoka humo. Kimsingi.
Kwanza, hizi ni kinachojulikana kushuka kwa utupu wa quantum. Itachukua muda mrefu kuelezea hii ni nini kwa undani, kwenye vidole vyako™ tunaweza kusema kwamba hata katika utupu tupu kabisa katika kiwango cha quantum, aina fulani ya harakati inafanyika mara kwa mara. Utupu huchemka kwa kiwango cha quantum; chembe nyingi zisizohesabika huzaliwa na kutoweka ndani yake bila kukatizwa, ama kuruka kutoka kwa bahari ya Dirac au kupiga mbizi nyuma. Haiwezekani kujikinga na mabadiliko ya utupu; hii ni mali ya utupu yenyewe; ziko kila wakati.
Pili, ilifanyika kwamba katika utupu mtu alimwagika nishati ya giza. Huyu ndiye anayehusika na urudishaji kasi wa galaksi. Hatujui ni aina gani ya nishati hii, tulikuwa tunafikiria kuwa hizi ni mabadiliko ya utupu, lakini kisha tukahesabu - hapana, sio. Na kitu kingine. "Nishati ya giza" ni jina tu. Labda sio giza hata kidogo, labda hata sio nishati. Lakini ipo, haiwezi lakini ipo. Ndio maana inachukuliwa kuwa mali nyingine ya utupu yenyewe, kama mabadiliko ya utupu, lakini kwa namna fulani tofauti.
Tatu, Higgs Boson aliyegunduliwa hivi karibuni. Maana ya kifua hiki ni kwamba uwanja fulani wa Higgs unaenea katika Ulimwengu wote, ambao kifua hiki ni quantum. Shamba hili, tena, liko kila mahali na kila mahali, huwezi kujificha kutoka kwake (kulingana na dhana za kisasa za kisayansi), ambayo ina maana kwamba hata katika utupu usio na utupu ni lazima kuwepo.
Nne, wengine nyanja za ulimwengu au mara kwa mara ujinga wa giza, ambayo bado hatujui na hatujui.
Yote hii inatuambia kwamba hata mita ya ujazo tupu ya utupu bado ina nishati fulani (angalau jumla ya wale waliotajwa tayari), i.e. tunaweza kusema, ingawa kwa njia ya mfano sana mita za ujazo za utupu hupima kitu, kwa sababu ikiwa ina nishati, basi ni emcequadrat!
Kwa nini leo katika sayansi inakubaliwa rasmi kuwa utupu kabisa sio kitu "tupu kabisa", lakini kitu ambacho kina, kimsingi, thamani ya chini ya nishati inayowezekana. Ikiwa utachora grafu ya nishati, utapata squiggle hii:
Kutoka kwenye picha, mambo kadhaa yanaonekana mara moja na kueleweka (ndiyo sababu nilileta).
Utupu wetu uko kwenye sehemu nyekundu ya chini kabisa ya grafu, thamani ya nishati huko ni ndogo, lakini sio sifuri. Grafu haina kugusa mhimili wa sifuri, lakini iko kidogo juu yake.
Na mara moja maoni yote kutoka kwa safu yamefagiliwa kando - "kwa kuwa nishati ya utupu sio sifuri, inawezekana kwa njia fulani kuiweka katika vitendo, tuseme, kujenga aina fulani ya mmea wa nguvu wa ujanja unaoendesha utupu?" Ni dhahiri kwamba haiwezekani. Ikiwa utaweka mpira kwenye shimo, haijalishi unafanya nini nayo, bado itarudi kwenye kiwango chake cha chini. Wale. ili kujenga aina fulani ya "injini kwa kutumia nishati ya utupu", unahitaji kuchukua nishati hii kutoka kwa utupu na kuipa injini, lakini hii haiwezekani kufanya, nishati ya utupu iko chini sana.
Sasa hebu tuendelee kwenye utupu wa uongo. Mara tu wanasayansi walipokisia picha ambayo nilitoa hapo juu, tuhuma iliibuka mara moja: vipi ikiwa hii sio picha nzima, lakini sehemu yake tu? Ghafla, ikiwa tutachukua hatua mbili mbali nayo, mtazamo mpana zaidi utafunguliwa na picha kamili itaonekana kama hii:
Wale. tunachoita ombwe letu la kweli ni moja tu ya shimo (Vacuum A). Wakati ombwe halisi, la kweli liko chini zaidi (Ombwe B). Labda katika ombwe hilo nguvu ya uga wa Higgs iko chini, au kuna nishati kidogo ya giza, au kitu kingine. Katika hali hii, tulicho nacho katika Ulimwengu wetu si kweli, bali ni ombwe la uwongo. Naam, uongo na uongo. Kwetu sisi hakuna tofauti nyingi, tunaweza kuishi maisha yetu yote katika ombwe hili la uwongo na sio kutoa laana. Na hata hujui kuwa yeye Kwa kweli uongo, lakini ipo mahali fulani kweli zaidi.
Lakini daima kuna nafasi kwamba burebie hii itaisha ghafla. Asili daima hujitahidi kwa kiwango cha chini cha nishati. Hawezi kuruka kutoka kwa ombwe la uwongo hadi la kweli peke yake (kutoka shimo ndogo hadi kubwa); kuta hazimruhusu na kumwingilia.
Lakini vipi ikiwa "unasukuma mpira zaidi"? Nini ikiwa unapiga utupu na nishati hiyo kwamba inaruka juu na kuanguka katika hali ya utupu mwingine, moja ya kweli zaidi? Kwa njia, hii inaweza pia kugeuka kuwa uongo, karibu na ambayo itakuwa tayari kusema uongo kweli kweli, lakini kwetu hili si muhimu. Ni muhimu kwetu kwamba upuuzi fulani unaweza kutokea, na utupu wetu utaruka kutoka hali yetu hadi jirani, "chini".
Nitakuambia mara moja, itakuwa mbaya sana. Na kwa kila mtu na kila kitu. Nakala nzuri isiyo ya uwongo haiwezi kukamilika bila Armageddon kidogo mwishoni. Na kisha mwisho wa dunia unakuja kwa kila mtu na ni jumla. Mali ya chembe nyingine zote na mashamba ziko ndani yake hutegemea mali ya utupu. Elektroni zetu zote na protoni, ambazo tumetengenezwa, zitabadilisha mali zao mara moja, zitakuwa na malipo tofauti, au aina fulani ya spins, au ujinga mwingine wa mambo. Na hii ina maana kwamba atomi zote zitaanguka mara moja vipande vipande, au kuyeyuka, au kuangamiza, nyota zitalipuka au kwenda nje, au ... kwa ufupi, chochote kinaweza kutokea, na kwa mujibu wa sheria ya uwezekano, kitu kibaya kina hakika. kutokea. Nafasi ya kwamba kila kitu kitabaki kama hapo awali ni ndogo, kwa sababu ikiwa utabadilisha kidogo tu vitu vyovyote vya Ulimwengu uliopo, vyote huanguka mara moja. Ni kweli kwamba Ulimwengu mwingine unajengwa pale pale mahali pake, lakini kwetu sisi, kama viumbe hai vinavyojumuisha misombo maalum ya molekuli za kemikali, mabadiliko haya hayatakuwa ya furaha hata kidogo.
Siwezi kupinga furaha ya kuelezea jinsi kila kitu kitatokea. Kwanza, kipande kimoja ("chembe", "atomi", kwa kusema) ya utupu itaruka kutoka hali ya uongo hadi ya kweli, au angalau ya chini. Na mara moja atawavuta majirani zake wote “pamoja naye.” Mahesabu huko sio rahisi sana, lakini wajanja wa giza tayari wamehesabu kuwa kipande kimoja hakitapita - kitaburuta kila mtu nacho. Itatiririka kama maji kupitia bomba kutoka kwa chombo cha juu hadi cha chini, kwa kusema kisayansi: gradient itaelekezwa kwa kiwango cha chini zaidi. Karibu na hatua ya kuruka kwa awali, mpira wa nafasi nyingine, utupu mwingine, utaanza kuingia kwa kasi ya mwanga. Kila kitu ambacho mpira unagusa, huchukua mara moja, na kugeuka kuwa vumbi na mvuke wa chembe za msingi, au inakuwa nzito ya risasi na imeganda kabisa, au inawasha kwa digrii milioni, au hata atomi zote, vitu vyote hubadilika mara moja. mkondo safi-radiant nishati na hutawanya pande zote kwa kasi ya mwanga. Hapa haiwezekani kusema mapema, chochote kinaweza kutokea, lakini ni wazi haibaki sawa. Kwa kuwa mipaka ya mpira huruka karibu kwa kasi ya mwanga, haiwezekani kuona mapema na kuonywa kuhusu maafa. Taarifa kwamba mpira hatari unakimbilia kwako utupu mwingine huenea kwa karibu kasi sawa na puto yenyewe inapopuliza. Unaishi tu maisha yako, jishughulisha na safu ya Kifaransa, jisikie huru kwenye maoni au ukimbie nyuki wa mwitu wa Msumbiji na kisha - bam! Kila kitu karibu kimetoweka, pamoja na wewe. Haitaumiza, haitakuwa ya kutisha, kwa muda mfupi tu ulimwengu wetu utaisha na ndivyo hivyo. Na wimbi litaendelea zaidi, kunyonya Cassiopeia, nebula ya Andromeda, supercluster ya pembetatu ... Itakuwa mwisho wa boring sana wa dunia, na hakuna mtu atakayeweza kutabiri, kuonya, au hata kujisikia. Fikiria kwamba taa katika Ulimwengu zimezimwa tu.
Mtu kama huyo wa Armogedidi anaweza kuanzia wapi? Kuna chaguzi mbili. Au kitu kitasukuma "mpira wa utupu" juu sana kwamba itaruka juu ya kizuizi kinachotenganisha majimbo tofauti ya utupu. Mahesabu hapa yote ni ya dhahania, kwa kweli. Vaughn Hawking alijifungua, akajifungua, na akajifungua, kwamba hila kama hiyo ingedaiwa kuhitaji nishati ya mpangilio wa GeV bilioni 100 au TeV milioni 100. Jinsi alivyofanya - hakuna mtu anajua. Uwezekano mkubwa zaidi, Hawking alicheza na viboreshaji vya ulimwengu, akagawanya kitu mahali fulani, akazidisha, akachukua mizizi na kutoa jibu. Kweli, kwa nishati kama hiyo, kifua cha Higgs cha ujanja kinapaswa kuzaliwa, ambacho kutoka kwa uwanja wa kawaida wa Higgs utafanya uwanja mwingine wa Higgs, na sifa tofauti. Na hii inamaanisha wiani tofauti wa nishati ya utupu, na kisha kila kitu kinafuata hali ambayo nilielezea hapo juu.
Ikiwa Hawking anatesa au la, hakuna anayejua. Alifanya mahesabu na akatupa matokeo. Vyombo vya habari vyote vilipiga tarumbeta - "Hawking alitabiri mwisho wa ulimwengu, umepangwa Ijumaa ijayo!" Mtu tayari amekadiria saizi ya mgongano unaohitajika kufikia nguvu kama hizo; inapaswa kuwa kubwa zaidi kuliko sayari ya Dunia. Lakini hapa ni jambo.
Kumbuka, kabla ya kuzinduliwa kwa LHC kulikuwa na hysteria duniani (zaidi, bila shaka, kwenye vyombo vya habari) kwamba migongano kwenye collider ingeunda shimo nyeusi la kutisha ambalo lingekula sisi sote? Ikiwa hujui, nishati ya mgongano wa LHC, unaweza kuiangalia kwenye Wikipedia - 14 TeV (14x10 12 volts elektroni). Na kinachojulikana kama "miale ya ulimwengu" mara kwa mara hunyesha Duniani moja kwa moja juu ya vichwa vyetu, ambamo chembe zingine hufikia nishati mara mamilioni ya juu kuliko nguvu kama hizo. Haijulikani chembe hizi zinatoka wapi. Hata mbaya zaidi, hawapaswi kuwepo kabisa. Kuna kinachojulikana kikomo cha GZK (kikomo cha Greisen-Zatsepin-Kuzmin baada ya majina ya wanasayansi ambao waligundua). Anasema kwamba chembe yenye nishati ya juu zaidi ya 50 EeV (exaelectronvolt, 5x10 19) haiwezi kufikia Dunia. Chembe zote za juu za nishati lazima halisi "punguza kasi ya mionzi ya asili ya microwave" na si kufika Duniani. Lakini njoo, wanaruka, na kwa nguvu nyingi zaidi. Hili bado ni fumbo la sayansi ambalo halijatatuliwa, ambapo zinatoka na jinsi zinavyotufikia, kwa hivyo kitendawili cha jina moja.
Kwa hiyo, chembe hizi zipo, zinaruka kwetu na kutolewa amri kubwa zaidi za nishati kuliko watu wenye huruma wanaweza hata kufikiria na mizinga yao yote na synchrophastrons. Na hakuna chochote, hakuna shimo nyeusi zinazoundwa, Ulimwengu haufi. Kwa hivyo ni mapema sana kuwa na wasiwasi juu ya hili; uwezekano mkubwa hatupaswi kuogopa boson yoyote ya ujanja.
Lakini kuna chaguo jingine kwa utupu kuruka kutoka hali ya uongo hadi ya kweli. Ya hiari. Haitegemei chochote, juu ya chembe yoyote, nguvu au migongano. Kwa sababu ya sheria za mechanics ya quantum. Katika mechanics hii, kuna kinachojulikana kama athari ya handaki, wakati chembe fulani inaweza "kuruka juu ya mlima unaowezekana" kwa bahati mbaya na kuishia nyuma yake, kwa maana halisi - kama kutembea kwenye handaki kupitia na moja kwa moja. Katika kesi hii, hii sio tukio la kuchekesha la nadharia, la kuvutia tu kwa namna ya fomula ya ujanja kwenye karatasi. Sote tunatumia athari hii katika vifaa vyetu vya elektroniki hivi sasa, kwa mfano, kwenye kompyuta au kompyuta kibao ambayo unasoma chapisho la sasa, pia pengine kuna diode ya handaki, transistor au microcircuit nyingine ya hila ambayo hutumia moja kwa moja athari hii ya mitambo ya quantum. kwa manufaa yake (yaani .yaani yetu) ya moja kwa moja.
Kwa hiyo katika hali na utupu wa uwongo, inaweza kutokea kwamba bastard fulani ataruka juu ya mlima bila sababu. Naye ataburuta ulimwengu uliosalia pamoja naye. Uwezekano wa matokeo hayo ni ndogo sana (katika mechanics ya quantum, kwa ujumla, chochote kinaweza kutokea, lakini kwa uwezekano fulani katika kila kesi maalum). Hatari hapa kwa ujumla ni ndogo sana; idadi ya sufuri baada ya nukta ya desimali katika uwezekano wa tukio kama hilo haingelingana na galaksi yoyote hata kama zingechapishwa kwa chapa ndogo moja kwa moja kwenye utupu. Walakini, Ulimwengu pia ni mkubwa kabisa (labda hauna mwisho). Nani anajua, labda mahali pengine hatua hii ya mpito tayari imetokea, na Ulimwengu mwingine unasonga kwetu na upanga unaowaka wa Nemesis kwa kasi ya mwanga, na mpya, iliyoboreshwa(lakini, ole, sio kwetu) kwa sheria za fizikia.
Kwa upande mwingine, ikiwa mpira huu ulianzia miaka bilioni ya mwanga mbali, hakuna haja ya kuwa na wasiwasi. Kutakuwa na bilioni (au mitano, au kumi, ambaye anajua) miaka iliyobaki. Wakati huu, matukio mengi ya kuvutia zaidi na ya mauti na majanga yatatokea, ustaarabu wa binadamu utakuwa na fursa ya kuharibiwa mara mia zaidi - ni thamani ya kuogopa ya 101, ambayo pia ni ya papo hapo na isiyo na uchungu?
Mwisho wa kushangaza zaidi wa ulimwengu ungekuwa uharibifu wa ulimwengu kama matokeo ya kuanguka kwa ombwe la uwongo. Katika kesi hii, sio tu watu, sayari, Jua na Njia ya Milky, lakini Ulimwengu wote unaoonekana utakoma kuwapo. Wanasayansi wamerudia mara kwa mara kutisha ubinadamu na mustakabali kama huo, haswa mwanafalsafa Nick Bostrom, mwandishi wa kazi "Je, Unaishi Katika Simulizi ya Kompyuta?" Utupu wa kweli ni hatari gani kwa maisha duniani iko kwenye nyenzo za Lenta.ru.
Utupu katika nadharia ya uwanja wa quantum inalingana na hali ya mfumo na nishati ya chini iwezekanavyo. Michakato yote ya kimwili katika ulimwengu kama huo hutokea kwa nguvu zinazozidi thamani hii kuchukuliwa kama sifuri. Wakati huo huo, inawezekana kwamba Ulimwengu au sehemu yake inayoonekana iko katika utupu unaoweza kubadilika, au uwongo. Hii ina maana kwamba kuna nafasi nzuri zaidi ya nishati ambayo Ulimwengu unaweza kubadilika - ombwe la kweli.
Maelezo ya kiasi ya mpito wa mfumo kutoka ombwe la uwongo hadi ule wa kweli yalipendekezwa kwa mara ya kwanza katika miaka ya 1970 na wanafizikia wa Soviet. Karibu wakati huo huo, maswali haya yalivutia umakini wa wanasayansi wa Amerika. Kufikia sasa, kifaa cha hisabati kimetengenezwa ambacho kinamruhusu mtu kukadiria uwezekano wa kuweka tunnel ya mfumo kutoka kwa hali ya awali, inayoweza kubadilika hadi ya pili, thabiti zaidi. Inategemea sana fizikia ya takwimu na nadharia ya uwanja wa quantum, ambayo ni msingi wa kinachojulikana kama urasimi wa Bubble ya ulimwengu.
Kwa njia hii, ulimwengu unaoonekana unaaminika kuwa upo katika ombwe la uwongo. Hali hii, uwezekano mkubwa, ni metastable kwa asili - Ulimwengu wote au sehemu hiyo ambayo mtu anaona inaweza kuwa katika hali thabiti kwa kipindi kikubwa cha muda kwenye mizani ya cosmological, ambayo, hata hivyo, ina mwisho. Kiputo cha utupu halisi kinaweza kutokea ndani ya kiputo cha utupu wa uwongo. Mageuzi ya Ulimwengu katika kesi hii hutokea kutokana na kuoza kwa hali ya awali ya metastable.
Kiputo cha utupu wa kweli hupanuka ndani ya kiputo cha utupu wa uwongo kwa mujibu wa nadharia maalum ya uhusiano, si haraka kuliko kasi ya mwanga, na kuharibu mambo yote ya ulimwengu wa awali. Ndio maana wanazungumza juu ya kifo kinachowezekana cha Ulimwengu unaoonekana. Hata hivyo, uchanganuzi wa kiasi cha uozo wa utupu wa uwongo unakabiliwa na kutokuwa na uhakika mkubwa.
Jambo kuu linalohitajika kufanywa ni kukadiria uwezekano wa kuzaliwa kwa Bubble ya awamu mpya ya cosmological. Kuna mbinu mbili kuu zinazofanya iwezekanavyo kurahisisha tatizo iwezekanavyo na kupata maneno ya wazi kwa uwezekano wa mpito - mbinu ya kuta nyembamba na nene. Kitu cha msingi ni uwezo wa Higgs (kingine unajulikana kama uwezo wa Ginzburg-Landau) wa Modeli ya Kawaida - dhana ya kisasa ya fizikia ya msingi ya chembe. Ina shamba la Higgs, ambalo linawajibika kwa kuonekana kwa wingi wa inert katika chembe.
Uundaji wa Bubble ya utupu wa kweli katika Bubble ya uwongo inalingana na mpito wa awamu ya kwanza, wakati mfumo unapitia ghafla, na sio kuendelea, kama katika mpito wa awamu ya pili, mabadiliko. Jambo kuu katika makadirio yote mawili ni urefu wa kizuizi kinachoweza kutenganisha utupu wa uwongo na wa kweli. Ukadiriaji wa ukuta mwembamba hufanya kazi wakati tofauti kati ya minima ya uwongo na ya kweli ni ndogo sana kuliko urefu wa kizuizi kati yao.
Ikiwa ukuta wa ukuta ni mdogo sana kuliko radius ya Bubble, mchango kuu kwa uwezekano wa kuzaliwa kwake unafanywa na uso badala ya nishati ya volumetric. Kuamua uwezekano katika kesi hii kunakuja kwa kuhesabu kipeo. Ukadiriaji wa ukuta mnene hutumiwa mara chache sana katika nadharia za kuvutia za mwili. Na ni wazi kwa nini: katika kesi hii, uwezekano wa malezi ya Bubbles ya awamu mpya hukandamizwa kwa kasi - utupu wa uwongo hauwezi kutofautishwa na ukweli.
Uwezekano wa tunnel unategemea masahihisho ya quantum kwa uwezo wa Higgs, haswa juu ya mchango wa chembe nzito. Hivi sasa, quark ya juu inachukuliwa kuwa chembe nzito zaidi ya msingi - misa yake inazidi gigaelectronvolts 173. Ndiyo maana uvumbuzi wa chembe mpya nzito ni muhimu sana kwa mifano ya ulimwengu - zinaweza kuathiri utabiri wa utulivu wa ulimwengu unaoonekana.
Mvuto una jukumu maalum katika kuoza kwa utupu - curvature ya muda wa nafasi. Hasa, shimo nyeusi ndogo ndogo, ambazo zinaweza kutokea kutokana na migongano ya chembe zenye nguvu nyingi, huongeza uwezekano wa kuzaliwa kwa Bubbles za utupu wa kweli karibu nao kwa mamia ya nyakati. Mienendo ya viputo vya kikosmolojia ni changamano zaidi ikiwa viputo kadhaa vinaundwa ndani ya Ulimwengu wa awali - kupanua na kugongana, huunda ulimwengu mpya na utupu wa kweli.
Leo haijulikani Ulimwengu uko katika hali gani. Ikiwa ni utupu wa kweli, basi hakuna kitu cha kuwa na wasiwasi kuhusu. Ikiwa ni uongo, basi, uwezekano mkubwa, pia - vipimo vya Ulimwengu unaoonekana ni kubwa sana kwa Bubble mpya, inayoenea kwa kasi ya mwanga, kujaza ulimwengu wote kwa wakati wowote unaofaa kwa viwango vya kibinadamu. Walakini, kuna ubaguzi - ikiwa awamu mpya itatokea katika maeneo ya karibu ya ubinadamu. Kisha Dunia inaweza kufa karibu mara moja.
Sio muda mrefu uliopita, kulikuwa na habari kwenye vyombo vya habari na kichwa cha hofu isiyo ya kawaida: wanafizikia wanadaiwa waligundua kuwa kifua cha Higgs kitasababisha kifo cha Ulimwengu! Maelezo ya kina ya kile kilichokusudiwa yanaweza kupatikana katika habari zetu Uvumi wa kifo cha Ulimwengu umetiwa chumvi sana. Ni muhimu kuhitimisha maelezo haya kwa kazi ambayo - kwa msaada kidogo - itakuwa ndani ya uwezo wa mwanafunzi mzuri. Haitazungumza juu ya kitu kidogo kuliko kuoza kwa utupu wa quantum.
Katika ulimwengu wa quantum kuna kitu kama tunnel. Hili ndilo jina la harakati ya chembe ya quantum, ambayo haiwezekani ndani ya mfumo wa mechanics ya classical. Kwa mfano, tuseme tuna uwezo mara mbili vizuri, ambayo kiwango cha chini moja ni kidogo zaidi kuliko nyingine (Mchoro 2). Mitambo ya kitamaduni inasema kwamba ikiwa chembe itawekwa chini ya shimo lisilo na kina kirefu, itabaki hapo milele. Mechanics ya quantum inatabiri kuwa chembe haitabaki hapo milele: baada ya muda inaweza kupatikana kwa kiwango cha chini zaidi. Alitembea licha ya ukweli kwamba nguvu zake hazikutosha kusogea vizuri juu ya kizuizi kinachoweza kutenganisha minima hizo mbili.
Toleo rahisi zaidi la hali hii ni uwanja wa "Higgs". h(r) na msongamano wa nishati unaowezekana (pia huitwa "uwezo"):
Hapa r ni uratibu wa anga wa pande tatu, v- thamani fulani ya mwelekeo wa nishati (kwa shamba halisi la Higgs ni takriban sawa na 246 GeV). Nishati ya chini itakuwa wakati shamba katika nafasi nzima h(r) itakuwa sawa na thabiti: v au - v. Sehemu yoyote inayobadilika katika nafasi itasababisha nishati zaidi kwa ujumla. Urefu wa kizuizi kinachoweza kutenganisha minima mbili ni sawa na
Katika fomu hii, maadili yote mawili ya uwanja wa maana ya utupu ni sawa, kwani uwezo ni wa ulinganifu. Lakini inageuka kuwa katika matoleo yasiyo ya chini ya utaratibu wa Higgs hali inayofanana na Mchoro 1 inawezekana. 2. Ndani yao, uwezo umepotoshwa kidogo "kwa neema" ya moja ya kiwango cha chini (Mchoro 3). Sura na urefu wa kizuizi kinachowezekana haibadilika (kwa hivyo unaweza kutumia fomula kwa δ ), lakini kati ya minima mbili kuna tofauti katika wiani wa nishati ε . Ukweli kwamba skew ni ndogo inamaanisha hivyo δ /ε ≫ 1.
Sasa inakuja jambo muhimu zaidi. "Utupu" mbili sasa ni tofauti. Ile iliyo ndani zaidi - utupu wa kweli - inalingana na wiani wa chini wa nishati, na ni ya milele. Ya juu - utupu wa uwongo - sio thabiti kabisa. Kwa wakati huu, inaweza kuonekana kama utupu wa kawaida, na chembe pia zinaweza kuruka ndani yake, mwingiliano unaweza kutokea, na nyota na sayari zinaweza kuunda. Lakini daima kuna uwezekano kwamba utupu huu "utavunjika", kwamba utaingia kwenye utupu wa kweli ulio imara zaidi.
Uozo huu wa quantum wa utupu unaonekana kama hii. Kwa wakati fulani, katika Ulimwengu, ulio katika hali ya "utupu wa uwongo," Bubble ya utupu wa kweli inaonekana (Mchoro 1). "Inaonekana" ni kauli ya masharti; hii ina maana kwamba katika eneo hili la nafasi uga wa Higgs umeingia kwenye ombwe la kweli. Mpito kati ya eneo la ombwe la kweli na la uwongo hauwezi kukomeshwa; nadharia hairuhusu uwezekano kama huo. Kwa hiyo, kuna eneo nyembamba la kati (ukuta wa Bubble), ambayo shamba la Higgs hupita vizuri kutoka kwa utupu mmoja hadi mwingine, kushinda kizuizi kinachowezekana njiani.
Ikiwa Bubble hii ni nzuri kwa nguvu, itaanza kupanua, polepole mwanzoni, lakini kisha kuharakisha kasi ya mwanga. Kwa mpito kama huo, mali ya chembe itabadilika sana, na nishati nyingi za ziada zitatolewa katika Ulimwengu, ambayo hapo awali ilihifadhiwa kwenye utupu wa uwongo. Kwa maneno mengine, matokeo ya kuoza vile kwa utupu itakuwa janga kwa miundo yoyote ambayo iliishi Ulimwengu wa "zamani". Utaratibu huu ni kwa njia nyingi kukumbusha kuchemsha kwa kioevu kikubwa, tu, bila shaka, kiwango si sawa.
Kazi
Ufafanuzi wa vitengo na vipimo. Katika mechanics ya quantum, kinachojulikana kama vitengo vya kipimo vya asili hutumiwa mara nyingi, ambayo kila kitu kinaonyeshwa kwa suala la nishati, na mara kwa mara ya Planck ( ħ ) na kasi ya mwanga ( c) zimejumuishwa katika ufafanuzi wa kitengo cha kipimo. Matokeo yake, urefu hauonyeshwa kwa mita, lakini katika vitengo vya nishati vya kubadilishana, kwa mfano J -1 au eV -1. Mgawo wa mpito ni mchanganyiko ħc: kwa mfano, 1 GeV –1 inalingana na urefu = 1 GeV –1 · ħc= 0.197 fm. Kwa sababu hii, wiani wa nishati, mwelekeo halisi ambao ni J m -3, unaonyeshwa hapa katika vitengo vya nishati hadi nguvu ya nne. Ipasavyo, mgawo wa mvutano wa uso wenye mwelekeo wa J m -2 utaonyeshwa kwa vitengo vya asili kulingana na mchemraba wa nishati.
Kidokezo cha 1
Bila shaka, suluhisho la uaminifu, kamili linawakilisha changamoto kubwa ya kisayansi. Walakini, makadirio mabaya sana ya maisha yanaweza kutolewa kutoka kwa hoja rahisi, ambayo inategemea uchambuzi wa mwelekeo. Wacha tuseme mara moja kwamba wakati kabla ya kuoza itakuwa kubwa sana, T ~ e B, na inahitajika kukadiria jinsi wingi B inategemea mtazamo δ /ε .
Kidokezo cha 2
Wacha tuchunguze kiputo kisichosimama cha "utupu halisi" wa radius R katika Ulimwengu katika hali ya “utupu usio wa kweli.” Wacha tukadirie jumla ya nishati ya kiputo hiki kuhusiana na utupu wa uwongo. Bubble ni kujazwa na utupu wa kweli, ambayo inatoa Bubble nishati hasi. Hata hivyo, kiputo hicho kina kuta nyembamba ambamo uga wa Higgs hubadilika kwa urahisi kutoka ombwe la kweli hadi la uwongo. Kuta hizi zina nishati nzuri, sawa na mvutano wa uso kwenye mpaka wa kioevu. Kulingana na masuala ya dimensional, kadiria mgawo wa mvutano wa uso wa ukuta katika tatizo hili. Baada ya hayo, pata saizi muhimu ya Bubble ambayo lazima ionekane mahali fulani kwenye Ulimwengu ili utupu uanze kuoza. Katika hatua ya mwisho, jaribu kuelewa jinsi uwezekano wa Bubble kama hiyo kuonekana kwenye Ulimwengu inategemea saizi yake. Kisha badilisha saizi iliyopatikana na upate jibu lako.
Suluhisho
Hatua ya 1. Jumla ya nishati ya kiputo chembamba cha radius R sawa na
Saizi muhimu ya Bubble, ambayo kuoza kwa utupu katika Ulimwengu wote itaanza, huhesabiwa kwa njia sawa na saizi muhimu ya Bubble ya mvuke kwa kuanza kwa kuchemsha kwa kioevu chenye joto kali. Ni muhimu tu kwamba nishati ya jumla ya Bubble hii iwe hasi. Kutoka kwa hili tunapata kwamba radius muhimu ya Bubble ni sawa na
Thamani ya mvutano wa uso σ inaweza kutathminiwa kwa ukubwa, lakini kuna hila moja. Kwa ujumla, makadirio kulingana na vipimo hufanya kazi wakati parameter isiyo na kipimo haitoke kwenye tatizo. Kuna parameter kama hiyo: δ /ε . Kwa hiyo, kwa kuzingatia masuala ya dimensional peke yake, haiwezi kusema ikiwa kutakuwa na σ agizo δ 3/4, au agizo ε 3/4, au mchanganyiko wowote katika kipimo kinachofaa.
Lakini hoja ya ziada ya kimwili inakuja kuwaokoa hapa. Ukubwa ε haipaswi kujumuishwa katika fomula hii, angalau wakati inabaki ndogo. Hakika, mvutano wa uso hutokea hapa kwa sababu uwanja wa Higgs "huenda juu ya mlima." Uwepo wa "tofauti ndogo ya urefu" haifai jukumu kubwa hapa; takriban mvutano sawa wa uso utakuwa kwenye sifuri ε . Kwa hivyo tunaweza kuhitimisha kutoka kwa hii kwamba σ ~ δ 3/4 ~ v 3 (hatuzingatii mgawo wa nambari unaowezekana, tunavutiwa tu na uhusiano kati ya idadi). Kutoka kwa hili tunapata kwamba ukubwa muhimu wa Bubble ni, kwa utaratibu wa ukubwa, sawa na
Hatua ya 2. Sasa tunahitaji kupata uwezekano wa Bubble kama hiyo kutokea katika Ulimwengu. Wacha tufikirie kuwa nafasi nzima "imegawanywa" katika viwango vidogo vya saizi r = 1/v(katika vitengo vya asili!). Ukubwa huu haukuchaguliwa kwa bahati: kulingana na uhusiano wa kutokuwa na uhakika, kwa ukubwa huu mabadiliko ya quantum na nguvu za utaratibu wa v. Hii inamaanisha kuwa msongamano wa nishati unaowezekana wa uwanja wa Higgs hubadilika hadi maadili ya mpangilio wa v 4 = δ . Kwa maneno mengine, kwa kiasi kama hicho uwanja wa Higgs huruka na kurudi kwa urahisi, na unaweza, haswa, kwenda juu ya mlima unaowezekana.
Wacha tuonyeshe kwa uk uwezekano kwamba katika kiasi hiki kidogo baada ya muda tv = 1/v kutakuwa na kuruka kutoka kwa utupu wa uwongo hadi kwa kweli. Ni wazi kwamba uwezekano huu ni mkubwa. Thamani halisi sio muhimu kabisa kwetu, inaweza kuwa 99%, 50%, au 1%, hii haitaathiri makadirio. Lakini itakuwa rahisi kwetu kuandika uwezekano huu katika fomu ya kielelezo: uk = e – q, nambari iko wapi q ya agizo moja.
Ili kiputo cha utupu halisi kutokea, tunahitaji mruko huu kutokea kwa usawa (yaani, ndani ya kikomo cha muda. tv) katika saizi nzima ya kiputo mara moja R c. Kiputo hiki kina
kiasi kidogo, na kila mmoja wao anaruka kwa kujitegemea na uwezekano uk. Hii ina maana kwamba uwezekano kwamba wote wataruka mara moja ni sawa
na mgawo wa nambari q, ambayo ni ya utaratibu wa umoja, tumepuuza hapa. Kubadilisha maadili yaliyo hapo juu, tunapata uwezekano wa kuzaliwa kwa Bubble katika eneo fulani katika nafasi kwa wakati. tv:
Hatua ya 3. Sasa hebu tuzingatie vipimo vya sehemu inayoonekana ya Ulimwengu, ambayo radius yake itaonyeshwa na R U. Bubble muhimu inaweza kuzaliwa popote katika Ulimwengu ambayo ina ( R U/R c) 3 Bubbles vile. Ikiwa unasubiri kwa muda T, basi Ulimwengu utakuwa na T/tv majaribio ya kuunda Bubble kama hiyo. Kwa hiyo, ikiwa unasubiri kwa muda mrefu sana na uangalie Ulimwengu wote kwa ujumla, basi mapema au baadaye hii itatokea mahali fulani. Saa za kawaida za kusubiri zitakuwa kwa mpangilio wa
Ni wazi kwamba kwa δ /ε ≫ 1 wakati huu unaweza kuwa mrefu sana.
Kimsingi, hili tayari ndilo jibu tunalotafuta. Lakini hapa ni muhimu pia kusema hivi. Uchambuzi sahihi zaidi unaonyesha kuwa thamani B pia ina mgawo mkubwa wa nambari:
Kwa hiyo, hata kama mtazamo δ /ε si kubwa sana, kwa mfano sawa na mbili, kisha kielelezo B bado itakuwa kubwa, hivyo maisha ya utupu metastable itakuwa kubwa, kubwa zaidi kuliko umri wa sasa wa Ulimwengu.
Maneno ya baadaye
Aina hii ya makadirio - sio kama inavyotumika kwa kifua cha Higgs, lakini katika muktadha mpana - ilitolewa kwanza na wanafizikia wa Soviet Kobzarev, Okun na Voloshin mnamo 1974. Miaka mitatu baadaye tatizo lilitatuliwa na Coleman kwa njia kali zaidi. Hii ilifuatiwa na mfululizo wa kazi na uchambuzi sahihi zaidi wa kuoza kwa utupu wa metastable, ambayo, kwa njia, athari za mvuto ziligeuka kuwa muhimu sana. Utaratibu huu, na uwezekano wenyewe wa kutumia ombwe linaloweza kugundulika, kisha ukawa imara katika kosmolojia kama hali inayowezekana ya mageuzi ya Ulimwengu katika hatua zake za awali.
Kwa kupendeza, kulikuwa na zigzag nyingine katika hadithi hii hivi karibuni. Mwaka mmoja na nusu uliopita, tuhuma zilionyeshwa kuwa utupu wa metastable hauwezi kuwepo wakati wetu wa nafasi, kwani haziozi polepole, kama ilivyofikiriwa hapo awali, lakini kinyume chake - haraka sana. Walakini, basi pingamizi la kupinga liliwekwa mbele kwa tuhuma hizi: hitimisho kuhusu uozo wa haraka sana ni msingi wa uwasilishaji usio na msingi wa fomula zaidi ya mipaka ya utumiaji wa sheria za fizikia zinazojulikana kwetu. Kwa hivyo kengele iligeuka kuwa ya uwongo, na hali ya utupu ya metastable, angalau kwa nadharia, inaruhusiwa.
Kurudi kwenye majadiliano ya ikiwa utupu wa Higgs wa Standard Model ni imara au la, tunasisitiza kwamba hali huko ni tofauti kidogo (uwezo unaonekana tofauti, na namba ni tofauti sana). Lakini "maadili" ya jumla yanabaki sawa: ikiwa kizuizi ni cha juu, basi kuoza kutalazimika kusubiri kwa muda mrefu sana, ikiwa kizuizi ni kidogo, basi kuoza itakuwa haraka sana. Kwa bahati nzuri, hii haitutishi.
"Je, unaweza kutengeneza kitu bila chochote, mjomba?" - Hapana, rafiki yangu, hakuna kitakachotokea.
Shakespeare, "King Lear" (iliyotafsiriwa na T.L. Shchepkina-Kupernik)
Ombwe ni nafasi tupu. Mara nyingi hutumiwa kama kisawe cha "hakuna chochote". Ndio maana wazo la nishati ya utupu lilionekana kuwa la kushangaza wakati Einstein alipendekeza kwanza. Walakini, chini ya ushawishi wa maendeleo katika nadharia ya chembe za msingi katika miongo mitatu iliyopita, mtazamo wa wanafizikia kuelekea utupu umebadilika sana. Utafiti wa utupu unaendelea, na tunapojifunza zaidi juu yake, inaonekana kuwa ngumu zaidi na ya kushangaza.
Kwa mujibu wa nadharia za kisasa za chembe, utupu ni kitu cha kimwili; inaweza kushtakiwa kwa nishati na inaweza kuwa katika majimbo mbalimbali. Katika istilahi za wanafizikia, majimbo haya huitwa ombwe tofauti. Aina za chembe za msingi, wingi wao na mwingiliano hutambuliwa na utupu wa msingi. Uhusiano kati ya chembe na utupu ni sawa na ule kati ya mawimbi ya sauti na nyenzo ambazo hupitia. Utupu ambao tunaishi ni katika hali ya chini ya nishati, inaitwa "utupu wa kweli". Inawezekana kwamba utupu wetu sio nishati ya chini kabisa. Nadharia ya kamba, ambayo leo ndiyo mgombea anayeongoza kwa jukumu la nadharia ya kimsingi ya mwili, inachukua uwepo wa utupu na nishati hasi. Ikiwa zipo kweli, basi utupu wetu utatengana moja kwa moja na matokeo mabaya kwa vitu vyote vya nyenzo vilivyomo.
Wanafizikia wamekusanya ujuzi mwingi kuhusu chembe zinazoishi aina hii ya utupu na nguvu zinazofanya kazi kati yao. Nguvu kali ya nyuklia, kwa mfano, hufunga protoni na nyutroni katika viini vya atomiki, nguvu za sumakuumeme huweka elektroni katika njia zao karibu na nuclei, na nguvu dhaifu inawajibika kwa tabia ya chembe za mwanga ambazo hazipatikani zinazoitwa neutrinos. Kweli kwa majina yao, nguvu hizi tatu zina nguvu tofauti sana, na nguvu ya sumakuumeme ikianguka mahali fulani kati ya nguvu na dhaifu.
Sifa za chembe za msingi katika utupu zingine zinaweza kuwa tofauti kabisa. Haijulikani kuna vacua ngapi tofauti, lakini fizikia ya chembe inapendekeza kwamba labda kunapaswa kuwa na angalau mbili zaidi, zenye ulinganifu mkubwa na aina ndogo ya chembe na mwingiliano. Ya kwanza yao ni kinachojulikana kama utupu wa umeme, ambapo mwingiliano wa umeme na dhaifu una nguvu sawa na huonekana kama sehemu za nguvu moja iliyojumuishwa. Elektroni katika utupu huu zina wingi wa sifuri na haziwezi kutofautishwa na neutrinos. Zinasonga kwa kasi ya mwanga na haziwezi kuwekwa ndani ya atomi. Haishangazi kwamba hatuishi katika aina hii ya utupu.
Ya pili ni ombwe la Umoja Mkuu, ambapo aina zote tatu za mwingiliano kati ya chembe huunganishwa. Katika hali hii yenye ulinganifu wa hali ya juu, neutrino, elektroni, na quark (ambazo huunda protoni na neutroni) hubadilikabadilika. Ingawa ombwe la umeme linakaribia kuwepo, ombwe kuu la Grand Unified ni ujenzi wa kubahatisha zaidi. Nadharia za chembe zinazotabiri kuwepo kwake zinavutia kinadharia, lakini zinahusisha nguvu za juu sana, na ushahidi wao wa uchunguzi ni mdogo na zaidi usio wa moja kwa moja.
Kila sentimeta ya ujazo ya ombwe la electroweak ina nishati nyingi sana na - kulingana na uhusiano wa Einstein kati ya wingi na nishati - wingi mkubwa, takriban tani trilioni milioni kumi (kuhusu wingi wa Mwezi). Wanakabiliwa na idadi kubwa kama hii, wanafizikia hubadilika hadi nukuu fupi ya nambari, wakizielezea kwa nguvu za kumi. Trilioni ni moja ikifuatiwa na sufuri 12; imeandikwa kama 10^12. Trilioni milioni kumi ni moja ikifuatiwa na sifuri 19; yaani, msongamano wa wingi wa utupu wa electroweak ni 10^ tani 19 kwa kila sentimita ya ujazo. Kwa utupu wa Umoja Mkuu, msongamano wa wingi unageuka kuwa mkubwa zaidi, na mkubwa zaidi - mara 10 ^ 48. Bila kusema, utupu huu haukuwahi kuundwa katika maabara: hii ingehitaji nishati zaidi kuliko inapatikana kwa teknolojia ya sasa.
Ikilinganishwa na maadili haya ya kushangaza, nishati ya utupu wa kawaida wa kweli ni kidogo. Ilifikiriwa kwa muda mrefu kuwa sifuri haswa, lakini uchunguzi wa hivi karibuni unaonyesha kuwa utupu unaweza kuwa na nishati ndogo chanya, sawa na wingi wa atomi tatu za hidrojeni kwa kila mita ya ujazo. Umuhimu wa ugunduzi huu utakuwa wazi katika Sura ya 9, 12, na 14. Utupu wa nishati ya juu huitwa "vacua ya uwongo" kwa sababu, tofauti na vacua ya kweli, hawana msimamo. Baada ya muda mfupi, kwa kawaida sehemu ndogo ya pili, utupu wa uwongo hutengana, na kugeuka kuwa kweli, na nishati yake ya ziada hutolewa kwa namna ya mpira wa moto wa chembe za msingi. Katika sura zifuatazo tutaangalia mchakato wa kuoza kwa utupu kwa undani zaidi.
Ikiwa utupu una nishati, basi, kulingana na Einstein, lazima pia iwe na mvutano. Hitimisho hili ni rahisi kuelewa kutoka kwa masuala rahisi ya nishati. Nguvu daima hufanya kazi kwenye kitu cha kimwili kwa mwelekeo wa kupunguza nishati yake. (Kwa usahihi zaidi, nishati inayoweza kutokea, ambayo ni sehemu ya nishati isiyohusishwa na mwendo.) Kwa mfano, nguvu ya uvutano huvuta vitu chini, kwa mwelekeo wa kupungua kwa nishati. (Nishati ya uvutano huongezeka kwa urefu juu ya ardhi.) Kwa utupu wa uwongo, nishati inalingana na kiasi inayochukua na inaweza kupunguzwa tu kwa kupunguza kiasi. Kwa hiyo, lazima kuwe na nguvu inayosababisha utupu kukandamiza. Nguvu hii ni mvutano.
Lakini mvutano huo huleta athari ya mvuto yenye kuchukiza. Katika kesi ya utupu, kukataa kuna nguvu mara tatu kuliko mvuto wa mvuto unaosababishwa na wingi wake, hivyo jumla ni kukataa kwa nguvu sana. Einstein alitumia antigraviti hii ya ombwe kusawazisha mvuto wa jambo la kawaida katika mtindo wake wa hali ya utulivu wa ulimwengu. Aligundua kuwa usawa hupatikana wakati msongamano wa maada ni mara mbili ya utupu. Guth alipendekeza mpango tofauti: badala ya kusawazisha Ulimwengu, alitaka kuuingiza. Kwa hiyo aliruhusu uzito wa kuchukiza wa ombwe la uwongo kutawala, bila kupingwa.
Mfumuko wa bei wa nafasi
Alan Guth katika ofisi yake katika Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts. Guth ndiye mshindi wa fahari wa shindano la Boston Globe la 1995 kwa ofisi iliyojaa mambo mengi zaidi.
Ni nini kingetokea ikiwa, katika siku za nyuma, nafasi ya Ulimwengu ilikuwa katika hali ya ombwe la uwongo? Ikiwa msongamano wa maada katika zama hizo ulikuwa chini ya kile kinachohitajika kusawazisha Ulimwengu, basi mvuto wa kuchukiza ungetawala. Hii ingesababisha ulimwengu kupanuka, hata kama haungepanuka mwanzoni.
Ili kufanya mawazo yetu kuwa ya uhakika zaidi, tutafikiri kwamba Ulimwengu umefungwa. Kisha inapuliza kama puto kwenye Mchoro 3.1. Kadiri ujazo wa Ulimwengu unavyoongezeka, maada hupungua na msongamano wake hupungua. Hata hivyo, wiani wa wingi wa utupu wa uwongo ni wa kudumu mara kwa mara; daima inabakia sawa. Kwa hivyo haraka sana msongamano wa jambo unakuwa mdogo, tunabaki na bahari inayopanuka ya utupu wa uwongo.
Upanuzi unasababishwa na mvutano wa utupu wa uongo unaozidi kivutio kinachohusishwa na wiani wa wingi wake. Kwa kuwa hakuna kati ya hizi idadi inayobadilika kulingana na wakati, kiwango cha upanuzi kinabaki sawa. Kiwango hiki kina sifa ya uwiano ambao Ulimwengu unapanuka kwa kila kitengo cha wakati (sema, sekunde moja). Kwa maana, thamani hii ni sawa na kiwango cha mfumuko wa bei katika uchumi - ongezeko la asilimia kwa bei kwa mwaka. Mnamo 1980, wakati Guth akifundisha semina huko Harvard, kiwango cha mfumuko wa bei nchini Marekani kilikuwa 14%. Ikiwa thamani hii ingebaki thabiti, bei ingeongezeka mara mbili kila baada ya miaka 5.3. Vivyo hivyo, kasi ya upanuzi wa ulimwengu wote mzima hudokeza kwamba kuna kipindi fulani cha wakati ambacho ukubwa wa ulimwengu unaongezeka maradufu.
Ukuaji ambao unaonyeshwa na wakati wa kuongezeka mara mbili unaitwa ukuaji wa kielelezo. Inajulikana kusababisha nambari kubwa haraka sana. Ikiwa leo kipande cha pizza kina gharama ya $ 1, basi baada ya mizunguko 10 ya mara mbili (miaka 53 katika mfano wetu) bei yake itakuwa $ 1024, na baada ya mzunguko wa 330 itafikia $ 10 ^ 100. Nambari hii kubwa, inayofuatwa na sufuri 100, ina jina maalum - googol. Guth alipendekeza kutumia neno mfumuko wa bei katika kosmolojia kuelezea upanuzi mkubwa wa Ulimwengu.
Wakati wa kuongezeka maradufu kwa ulimwengu uliojazwa na ombwe la uwongo ni mfupi sana. Na juu ya nishati ya utupu, ni mfupi zaidi. Katika kesi ya utupu wa electroweak, ulimwengu utapanua mara googol katika thelathini moja ya microsecond, na mbele ya utupu wa Grand Unified, hii itatokea 10 ^ mara 26 kwa kasi zaidi. Katika sehemu fupi kama hiyo ya sekunde, eneo lenye ukubwa wa atomi litaongezeka hadi ukubwa mkubwa zaidi kuliko Ulimwengu wote unaoonekana leo.
Kwa sababu ombwe la uwongo si thabiti, hatimaye hutengana na nishati yake huwasha moto wa chembe. Tukio hili linaonyesha mwisho wa mfumuko wa bei na mwanzo wa mageuzi ya kawaida ya cosmological. Kwa hivyo, kutoka kwa kiinitete kidogo cha awali tunapata Ulimwengu moto na unaopanuka wa saizi kubwa. Na kama bonasi iliyoongezwa, hali hii huondoa kimuujiza upeo wa macho na matatizo ya jiometri bapa yaliyo katika Kosmolojia ya Big Bang.
Kiini cha tatizo la upeo wa macho ni kwamba umbali kati ya baadhi ya sehemu za Ulimwengu unaoonekana ni kwamba daima umekuwa mkubwa kuliko umbali unaosafirishwa na mwanga tangu Big Bang. Hii inadhania kwamba hawakuwahi kuingiliana, na kisha ni vigumu kueleza jinsi walivyopata karibu usawa kamili wa halijoto na msongamano. Katika nadharia ya kawaida ya Mlipuko Mkubwa, umbali unaosafirishwa na mwanga huongezeka sawia na umri wa ulimwengu, ilhali umbali kati ya maeneo huongezeka polepole zaidi huku upanuzi wa anga unapopunguzwa na mvuto. Mikoa ambayo haiwezi kuingiliana leo itaweza kuathiriana katika siku zijazo, wakati nuru hatimaye itafunika umbali unaoitenganisha. Lakini zamani, umbali unaosafirishwa na mwanga unakuwa mfupi zaidi kuliko inavyopaswa kuwa, kwa hivyo ikiwa maeneo hayawezi kuingiliana leo, hakika hawakuweza kufanya hivyo hapo awali. Mzizi wa tatizo hivyo upo katika asili ya kuvutia ya mvuto, ambayo husababisha upanuzi kupungua polepole.
Hata hivyo, katika ulimwengu ulio na ombwe la uwongo, mvuto ni wa kuchukiza, na badala ya kupunguza kasi ya upanuzi, unaharakisha. Katika kesi hii, hali inabadilishwa: maeneo ambayo yanaweza kubadilishana ishara za mwanga yatapoteza uwezo huu katika siku zijazo. Na, muhimu zaidi, maeneo hayo ambayo hayapatikani kwa kila mmoja leo lazima yameingiliana katika siku za nyuma. Tatizo la upeo wa macho hupotea!
Tatizo la nafasi ya gorofa linatatuliwa kwa urahisi tu. Inabadilika kuwa Ulimwengu unasonga mbali na msongamano wake muhimu tu ikiwa upanuzi wake unapungua. Katika kesi ya upanuzi wa kasi wa mfumuko wa bei, kinyume chake ni kweli: Ulimwengu unakaribia msongamano muhimu, ambayo ina maana inakuwa gorofa. Kwa sababu mfumuko wa bei unapanua ulimwengu kwa kiasi kikubwa, tunaona sehemu yake ndogo tu. Eneo hili linaloonekana linaonekana tambarare, sawa na Dunia yetu, ambayo pia inaonekana gorofa inapotazamwa kutoka karibu na uso. Kwa hivyo, kipindi kifupi cha mfumuko wa bei hufanya Ulimwengu kuwa mkubwa, joto, sare na tambarare, na kuunda aina ya hali ya awali inayohitajika kwa Kosmolojia ya kawaida ya Big Bang...
Mashimo meusi yanaweza kuharakisha kwa kiasi kikubwa mchakato wa kuoza kwa utupu wa uwongo, wakati ambapo Ulimwengu hubadilika kutoka hali yake ya sasa ya metastable hadi hali yenye nishati kidogo. Kama matokeo ya anguko kama hilo, ulimwengu tunaoufahamu ungekoma kuwapo. Walakini, wanafizikia wawili wa kinadharia walisoma mchakato huu kwa makadirio ya Bubbles zenye kuta-nyembamba za utupu wa kweli, walifafanua maana ya kimwili ya "kiwango cha nucleation" na walionyesha kuwa hata shimo ndogo nyeusi hazipaswi kuathiri kuoza kwa utupu wa uwongo, kwani wao. zimezungukwa na chembe kutokana na mionzi ya Hawking. Makala iliyochapishwa katika Tathmini ya Kimwili D.
Ugunduzi wa Higgs boson katika Large Hadron Collider (LHC) ulithibitisha uhalali wa Modeli ya Kawaida. Katika mfano huu, uwezo wa uwanja wa Higgs, unaohusika na kuonekana kwa wingi katika chembe za msingi, una utegemezi wa ajabu wa nishati. Kwa mtazamo wa kwanza, kwa maadili madogo ya nishati ya mwingiliano wa bosons (kwa mpangilio wa teraelectronvolts), uwanja una kiwango cha chini, ambacho kinalingana na hali ya utupu ya wakati wetu wa nafasi (ambayo ni, hali ambayo nishati. ya mashamba ya kawaida ni ndogo). Hata hivyo, utegemezi huu una kiwango cha chini kingine, kilicho katika eneo la nguvu za juu zaidi (kuhusu 10 12 teraelectronvolts), na kiwango cha chini hiki ni cha chini. Kwa hiyo, utupu wetu unachukuliwa kuwa "uongo", yaani, haufanani na kiwango cha chini cha uwanja wa Higgs.
Utegemezi wa uwezo wa uga wa Higgs kwenye mizani ya nishati inayozingatiwa.
Katika baadhi ya matukio, mabadiliko ya pekee ya Ulimwengu kutoka kwa utupu wa uwongo hadi kwa kweli (kinachojulikana kama "kuoza kwa utupu wa uwongo") yanaweza kutokea, na nishati kubwa itatolewa. Mpito huu kawaida huelezewa na uundaji wa hiari wa Bubbles za utupu za kweli katika uwongo, ambayo, chini ya hali nzuri, itapanuka bila mwisho, na chini ya hali mbaya, itaanguka. Hii inawakumbusha kwa uwazi mchakato wa kuchemsha maji, tu badala ya Bubbles ya mvuke iliyojaa tunashughulika na utupu wa kweli. Hasa, hii ndiyo sababu watu wengine wanaogopa majaribio ya LHC - wanaamini kwamba majaribio haya yanaweza kusababisha mabadiliko sawa. Kwa kweli, hofu kama hizo hazijaanzishwa vizuri, kwani nguvu zinazopatikana kwenye mgongano ni duni. Zaidi ya hayo, kwa thamani ya sasa ya vigezo vya Modeli ya Kawaida, maisha ya utupu wa uwongo huzidi umri wa sasa wa Ulimwengu, yaani, ndani ya mfumo wa mfano huu, utupu wetu ni metastable.
Hata hivyo, taratibu fulani zinaweza kuongeza kasi ya kuoza kwa utupu wa uongo. Kwa mfano, karibu na shimo nyeusi, wakati wa nafasi umepindika sana, na sheria za kuhesabu nishati ya Bubble hubadilika kidogo, ambayo inapaswa kuongeza uwezekano wa kuoza. Zaidi ya hayo, kadiri shimo jeusi lilivyo ndogo, ndivyo inavyokuwa rahisi kwa Bubbles kuunda karibu nalo na uwezekano mkubwa wa kuoza. Kwa upande mwingine, bado tunaendelea kuishi katika utupu wa uwongo, ambayo inaonyesha ama kutokuwepo kwa shimo nyeusi kama hizo, au dosari katika nadharia zetu, au bahati yetu ya ajabu.
Katika karatasi hii, wanafizikia wa kinadharia Kyohei Mukaida na Masaki Yamada walichunguza jinsi viputo vya utupu vya kweli hutengeneza karibu na shimo jeusi, na walionyesha kuwa michakato kama hiyo lazima izingatie plasma yenye joto inayozunguka shimo nyeusi. Ili kufanya hivyo, walitumia nadharia ya kiputo chenye kuta nyembamba dhidi ya usuli wa shimo jeusi katika de Sitter space-time (nafasi kama hiyo inaelezea Ulimwengu unaopanuka).
Utegemezi wa uwezo wa Bubble kwenye radius yake. Ni rahisi kuona kwamba hadi ukubwa fulani uwezo unakua, na haina faida kwa Bubble kupanua.
K. Mukaida na M. Yamada / Phys. Mch. D
Wanasayansi walihesabu "kiwango cha nucleation" ya Bubbles vile kwa njia tatu tofauti. Katika njia ya kwanza, kwa kawaida hutumiwa katika mahesabu hayo, wananadharia kuzingatiwa upotoshaji wa kipimo kwa viputo vinavyojitokeza. Katika visa vingine viwili, fizikia yake hazikuzingatiwa na ilifanya kazi katika ukadiriaji wa muda bapa wa nafasi na kipimo cha usuli kisichobadilika ili kurahisisha hesabu na kufafanua maana halisi ya michakato inayofanyika. Njia hizi mbili za fizikia zinalinganishwa kwa kutumia kusanyiko la microcanonical na canonical katika fizikia ya takwimu: katika kesi ya kwanza, nishati ya jumla ya Bubble na shimo nyeusi huhifadhiwa, na katika kesi ya pili, joto tu linabaki mara kwa mara. Kwa hali yoyote, mbinu hizi zote mbili hutoa matokeo sawa ikiwa Bubbles zinazosababisha hupotosha kwa nguvu wakati wa nafasi.
Ilibadilika kuwa "kiwango cha nucleation" kinajumuisha sehemu mbili muhimu, zinazohusika na kuibuka kwa Bubbles na nishati E na tunneling halisi kwenye utupu wa kweli. Katika kesi ya shimo nyeusi, nishati E inalingana na mabadiliko katika wingi wa shimo wakati wa kuundwa kwa Bubble. Wanasayansi walithibitisha ukweli huu kwa njia mbili, wakipuuza athari ya Bubble kwenye metri ya asili, na kisha walionyesha kuwa wakati hatua hii inazingatiwa, hakuna kinachobadilika ikiwa hali ya joto ya shimo nyeusi (imedhamiriwa kutoka kwa joto la mionzi ya Hawking). yenye mwisho.
Kwa kuongeza, wanafizikia wameona kuwa katika nadharia ya uwanja wa quantum kuna digrii nyingine nyingi za uhuru, na pamoja na Bubbles za kweli za utupu karibu na shimo nyeusi, majimbo mengine yenye nishati E lazima pia yasisimke. Kwa hiyo, marekebisho ya uwezekano wa Bubble malezi yanayotokana na uwepo wa plasma lazima izingatiwe. Marekebisho kama haya yatatokea hata ikiwa shimo jeusi liko kwenye nafasi "tupu", kwani plasma inapokanzwa kwa joto la Hawking itaunda karibu nayo. Inabadilika kuwa katika kesi hii, kuzaliwa kwa Bubbles ni ngumu kwa sababu, kulingana na waandishi wa karatasi, "uwanja wa scalar unapendelea sehemu ya ulinganifu katika nafasi ya shamba kwa sababu ya misa ya joto." Kwa hiyo, kiwango cha malezi ya Bubble haipaswi kuongezeka sana hata karibu na mashimo madogo nyeusi. Wanafizikia wanaahidi kuhesabu kwa undani zaidi athari za mionzi ya Hawking juu ya uundaji wa Bubbles za utupu wa kweli katika kazi yao inayofuata.