Výskumníci simulovali koniec vesmíru prakticky na stole: Čo je to rozpad falošného vákua a prečo vyvoláva také obavy?
Výskumníci v rámci novej štúdie simulovali rozpad falošného vákua, počas ktorého by vesmír, ako ho poznáme, prestal existovať.
Vedci v Číne si vzali jeden z najdesivejších scenárov modernej fyziky a preniesli ho na stôl v laboratóriu. Nejde o žiadny pokus, ktorý by ohrozil realitu, no ide o simuláciu javu, ktorý fyzici označujú ako rozpad falošného vákua, proces, ktorý by v extrémnom prípade dokázal zmeniť celý vesmír.
Celý problém falošného vákua začína pri tom, čo vlastne znamená „prázdny priestor“. Podľa kvantovej teórie poľa nič ako úplné vákuum neexistuje, informuje portál Phys. Aj keď sa priestor javí prázdny, v skutočnosti obsahuje pole s určitou energiou, pričom tento stav nemusí byť najstabilnejší.
Predstaviť si to môžeme na jednoduchom obraze.
Predstav si dva rybníky, jeden vyššie, druhý nižšie. Voda prirodzene steká z najvyššieho bodu do najnižšieho, no dokáže sa udržať aj vo vyššom rybníku, ak existuje zábrana, ktorá vodu drží na mieste. Akonáhle voda pretečie alebo zábrana zmizne, voda sa okamžite preleje do nižšieho rybníka.
Existuje vesmír vo falošnom vákuu?
V 70. rokoch prišiel fyzik Sidney Coleman s myšlienkou, že celý vesmír môže existovať práve v takomto stave. Ak by sa prepol do stabilnejšieho, zmenili by sa samotné fyzikálne zákony. Takáto zmena by sa šírila rýchlosťou svetla a nič by ju nezastavilo.
Do hry ale vstupuje aj Higgsovo pole, ktoré dáva časticiam hmotnosť. Mnohé výpočty naznačujú, že práve toto pole sa môže nachádzať vo falošnom vákuu. Ak by sa „preklopilo“ do stabilnejšieho stavu, hmotnosti častíc by sa zmenili. Atómy by sa rozpadli a vesmír by prestal fungovať tak, ako ho poznáš. Zatiaľ ide iba o teoretickú hypotézu, nie o fakt, hoci výskumníci pripúšťajú, že prechod z falošného do pravého vákua sa môže skutočne stať.
Neprehliadni
Dobrá správa je, že časový horizont takéhoto scenára nevyzerá dramaticky. Podľa modelov má vesmír vydržať v súčasnom stave ešte extrémne dlhý čas, rádovo bilióny rokov. Riziko okamžitého „kolapsu“ teda zostáva zanedbateľné. To však nemení fakt, že fyzici chcú pochopiť, či tieto odhady sedia.
A práve tu vstupuje do hry experiment z Pekingu. Vedci z univerzity Tsinghua vytvorili model, ktorý tento jav napodobnil v malom. Použili takzvané Rydbergove atómy, atómy s elektrónmi vo veľmi vzdialených orbitách, ktoré reagujú citlivo na vonkajšie podmienky.
Tieto atómy usporiadali do kruhu. Každý mal spin, ktorý sa otočil opačne než jeho susedia a vznikol pravidelný vzor. Zaujímavé je, že existovali dva možné vzory s rovnakou energiou, čiže systém tak mal dve stabilné konfigurácie.
Vedci túto rovnováhu narušili laserom. Vytvorili situáciu, kde jeden stav bol o niečo stabilnejší než druhý. Tým vznikla analógia medzi „falošným“ a „pravým“ vákuom. Následne sledovali, ako sa systém prepol.
„Vytvorili sme energetické prostredie s oddeleným falošným a pravým vákuom, čo nám umožnilo sledovať kvantové tunelovanie v reálnom čase,“ hovoria autori štúdie.
Ako môže prebiehať rozpad falošného vákua
Kľúčovú rolu zohral vznik takzvanej bubliny. Keď sa malá časť systému dostala do stabilnejšieho stavu, začala sa rozširovať. Čím silnejšie vedci narušili pôvodný stav, tým menšia bublina stačila na spustenie celého procesu. Vedci zároveň zistili, že rýchlosť rozpadu rástla spolu so silou narušenia.
Tento priebeh zodpovedal teórii, ktorá predpokladá exponenciálne správanie. Experiment tak potvrdil základné predpovede fyziky.
Zaujímavý je aj širší kontext. Fyzici sa domnievajú, že podobný proces sa odohral krátko po veľkom tresku. Práve takýto „prechod“ mohol spustiť kozmickú infláciu, extrémne rýchle rozpínanie vesmíru. To znamená, že jav, ktorý dnes pôsobí ako potenciálna hrozba, mohol v minulosti stáť pri vzniku samotného vesmíru v jeho dnešnej podobe.
Význam experimentu tak neleží v tom, že by niekto skúšal „koniec sveta“. Ide o spôsob, ako pochopiť stabilitu reality na najhlbšej úrovni. Takéto výsledky zároveň ukazujú, že aj tie najabstraktnejšie teórie sa dajú testovať. A zároveň pripomínajú, že to, čo sa javí ako pevné a nemenné, môže mať v skutočnosti oveľa krehkejší základ, než by si čakal.
