Az univerzum "katasztrofális változáson" mehet keresztül, amely abszolút mindent megváltoztathat

Egy úttörő kísérlet során fizikusok szimuláltak egy elméleti eseményt, amely alapjaiban változtathatná meg a világegyetem szerkezetét. Egy f...

Egy úttörő kísérlet során fizikusok szimuláltak egy elméleti eseményt, amely alapjaiban változtathatná meg a világegyetem szerkezetét. Egy fejlett kvantumgépet használva a kutatók modellezték az úgynevezett hamis vákuumbomlás folyamatát - egy olyan jelenséget, amely ha valóságban is bekövetkezne, egyetlen pillanat alatt módosíthatná az univerzumunkat irányító fizikai törvényeket.

Ez a tanulmány jelentős lépést jelent a kozmosz stabilitásának megértése felé. A tudósok régóta vitatják, hogy az univerzum valódi vagy hamis vákuumállapotban létezik-e. Ha hamis vákuumban van, az azt jelentené, hogy bár stabilnak tűnik, valójában egy ideiglenes és energetikailag kedvezőtlen állapotban van. (1)

Megfelelő körülmények között ez egy fázisátmenethez vezethetne a valódi vákuumba, ami a fizikai állandók megváltozását eredményezné, és egy olyan valóságot teremtene, amely teljesen eltér attól, amit ismerünk. Bár ennek bekövetkezésének valószínűsége továbbra is bizonytalan, a fizikusokat élénken foglalkoztatja a folyamat és annak lehetséges következményei.

A hamis vákuum hipotézise: Az univerzum a szakadék szélén?

A hamis vákuum fogalmát közel 50 évvel ezelőtt vezették be kvantumfizikusok, akik a kvantumtérelméletben szereplő vákuumállapotokat vizsgálták. Az elmélet szerint univerzumunk egy metastabil állapotban van - ez egy olyan állapot, amely nem a legalacsonyabb lehetséges energiaszintet képviseli, hanem egy energiasorompó tartja fenn. Hasonlóan ahhoz, ahogy egy szikladarab egy völgyben pihen, amely nem a legmélyebb pont a hegyvidéken, az univerzumunk is egy ideiglenes egyensúlyi állapotban lehet.

Bizonyos körülmények között azonban ez az érzékeny egyensúly felborulhat, ami az univerzumot egy stabilabb és alacsonyabb energiájú konfigurációba sodorhatja. Ezt a folyamatot vákuumbomlásnak nevezik, amely akár a téridő teljes átrendeződéséhez is vezethet.

"Egy olyan folyamatról beszélünk, amely során az univerzum teljes szerkezete megváltozna," - mondta Zlatko Papic professzor, a Leedsi Egyetem vezető kutatója. "Az alapvető állandók azonnal módosulhatnak, és a világ, amit ismerünk, kártyavárként omolhatna össze. Valóban ellenőrzött kísérletekre van szükségünk ahhoz, hogy megfigyeljük ezt a folyamatot és meghatározzuk annak időbeli skáláját."

A hamis vákuumbomlás mechanizmusa szerint a folyamat vákuumbuborékok kialakulásával kezdődne - ezek a valódi vákuum régiói a hamis vákuumon belül. Ezek a buborékok majdnem fénysebességgel terjednének, és mindent elnyelnének az útjukban, alapjaiban változtatva meg az univerzumot. A tudósok azonban továbbra sem biztosak abban, hogy egy ilyen esemény közvetlenül fenyegető veszélyt jelent-e, rendkívül ritka jelenség, vagy esetleg csak több billió év múlva következhet be.

Egy kozmikus fázisátmenet szimulálása

A folyamat jobb megértése érdekében a kutatók a kvantum-annealing nevű kvantumszámítási módszerhez fordultak, amely összetett optimalizálási problémák megoldására specializálódott. Egy kvantumgép konfigurálásával sikerült szimulálniuk a hamis vákuumban kialakuló és egymással kölcsönhatásba lépő vákuumbuborékok viselkedését.

Egy nagy teljesítményű kvantumannealer segítségével a csapat mesterségesen előidézett egy átmenetet a hamis vákuumból a valódi vákuumba, lehetővé téve számukra a vákuumbomlás mechanizmusának ellenőrzött környezetben történő tanulmányozását. Ez példátlan betekintést nyújtott a világegyetem sorsát meghatározó elméleti folyamatokba.

Jean-Yves Desaules, a tanulmány társszerzője egy hasonlattal magyarázta a jelenséget:

"Ez a jelenség egy hullámvasúthoz hasonlítható, amelynek több völgye van az útvonalán, de csak egyetlen 'valódi' legmélyebb pontja, a föld szintjén. Ha ez valóban így van, akkor a kvantummechanika lehetővé tenné az univerzum számára, hogy végül áthatoljon a legalacsonyabb energiájú állapotba, vagyis a 'valódi' vákuumba, és ez a folyamat egy kataklizmikus globális eseményt eredményezne."

A vákuumbuborékok kialakulásának, fejlődésének és kölcsönhatásainak megfigyelése révén a fizikusok kritikus lépést tettek a kozmikus evolúciós modellek finomítása és az univerzum hosszú távú stabilitásának meghatározása felé.

A hamis vákuumbomlás már megtörtént?

Bár egy hirtelen kozmikus átalakulás gondolata futurisztikusnak tűnhet, egyes fizikusok úgy vélik, hogy hasonló átmenetek már megtörténtek a múltban. Maga az ősrobbanás is egy vákuumbomlási esemény következménye lehetett, amely során egy korábbi univerzum egy vákuumállapotból egy másikba került, így beindítva a gyors tágulást és a mai világegyetem kialakulását.

Egy másik aggasztó lehetőség szerint a vákuumbomlás már megkezdődhetett valahol az univerzumban. Mivel a valódi vákuum buborékai fénysebességgel terjednének, nem lenne módunk észlelni a közeledésüket, amíg el nem érnének minket. Ha egy ilyen átmenet egy távoli régióban történne, akár már úton is lehet felénk, észrevétlenül.

Tovább bonyolítja a helyzetet, hogy a multiverzum elméletek szerint a világegyetemünk csupán egy a számtalan másik közül egy hatalmas kvantum-tájképen. Ha különböző univerzumok eltérő stabilitási fokokkal léteznek, a vákuumátmenetek akár gyakori események is lehetnek, amelyek párhuzamos valóságokat befolyásolhatnak. Bár ezek az elképzelések spekulatívak, alapjaiban kérdőjelezik meg a létezés természetét.

A kozmológiára és a kvantumfizikára gyakorolt hatás

A vákuumátmenetek ellenőrzött környezetben történő szimulálása hatalmas előrelépést jelent a kozmológia és a kvantumfizika területén. Bár a hamis vákuum hipotézise továbbra is elméleti fogalom, az ehhez hasonló tanulmányok lehetővé teszik a tudósok számára, hogy finomítsák a kvantumtérelméletről és az univerzumot irányító alapvető törvényekről alkotott elképzeléseiket.

A kozmológián túl ez a kutatás gyakorlati jelentőséggel bír a kvantumszámítástechnika, az energiakutatás és az anyagtudomány számára is. A vákuumállapotok megértése kvantumrendszerekben áttörést hozhat a kvantumtechnológiában, beleértve a hatékonyabb számítási módszereket és a kvantumenergia-manipuláció fejlesztését.

Emellett ez a kutatás mély filozófiai és tudományos kérdéseket vet fel. Ha a vákuumbomlás valódi lehetőség, vajon egy kellően fejlett civilizáció képes lenne stabilizálni a vákuumállapotot, vagy akár manipulálni a kvantumstruktúrát az univerzum élettartamának meghosszabbítása érdekében? Egyes elméletek szerint a jövőbeli kvantummérnöki fejlesztések lehetővé tehetik az emberiség számára, hogy maga gondoskodjon a valóság stabilitásáról.

A kvantumkutatás jövője

Ennek a tanulmánynak az eredményei megalapozták a jövőbeli kutatásokat a vákuumbomlás és a kvantumtérelméleti dinamika területén. Ahogy a kvantumszámítástechnika fejlődik, a tudósok egyre kifinomultabb szimulációkat terveznek, hogy mélyebben megértsék ezeket a kozmikus folyamatokat.

Colin Snodgrass professzor, a bolygócsillagászat szakértője a vákuumbomlás vizsgálatát egy égitest pályájának követéséhez hasonlította:

"Minél tovább követjük a pályáját, annál pontosabbá válnak a jövőbeli mozgására vonatkozó előrejelzéseink."

Ez az elv a vákuumbomlás kutatására is igaz - minél többet figyeljük és modellezzük ezeket a jelenségeket, annál közelebb kerülünk az univerzum valódi természetének megértéséhez.

A folyamatos kutatások révén a fizikusok egy napon talán eldönthetik, hogy a hamis vákuum hipotézise valódi kozmikus fenyegetés-e, vagy csupán a kvantummechanika egy absztrakt sajátossága. Akárhogy is, ezeknek a folyamatoknak a szimulálása és tanulmányozása mérföldkövet jelent a modern fizikában, és közelebb visz minket a létezés legmélyebb rejtélyeinek feltárásához. (2)

(1) - https://www.nature.com/articles/
(2) - https://www.eurekalert.org/news