Уся наша реальність, теоретично, може бути збудована на піщаному фундаменті, що хитається на межі колапсу. Якщо це так, новий пристрій, розроблений групою європейських фізиків, може дати нам уявлення про те, як усе закінчиться.
Використовуючи процес, відомий як квантовий відпал (quantum annealing), дослідники запропонували концептуальний метод для вивчення динаміки жахливого виду розпаду реальності, який може розплутати саму тканину фізики.
Якщо подібна подія станеться десь у Всесвіті, квантові закони, що надають структуру матерії, будуть переписані зі швидкістю світла, що призведе до кінця всього, що ми знаємо.
Наскільки ймовірний цей екзистенційний крах? Десь між неможливим і сумнівами щодо запису до стоматолога наступного вівторка.
“Ми намагаємося розробити системи, у яких можемо проводити прості експерименти для вивчення таких явищ”, – говорить Златко Папіч, теоретичний фізик з Лідського університету у Великій Британії, який очолив дослідження, спрямоване на вивчення квантових флуктуацій.
“Тривалість цих процесів у Всесвіті величезна, але використання відпалу дозволяє нам спостерігати їх у реальному часі, що дає змогу побачити, що саме відбувається”.
Ще наприкінці минулого століття американські теоретики Сідні Коулмен і Френк Де Лучія висунули гіпотезу, що енергетичний стан абсолютного вакууму може бути не найнижчим можливим рівнем. Іншими словами, ми всі стоїмо на хибній підлозі над безоднею чистого хаосу.
Якщо вимкнути всі зірки, знищити всі атоми й очистити Всесвіт, залишиться лише порожнеча, яка вирує частинками, що постійно виникають і зникають. Саме ця квантова динаміка визначає ядерні та хімічні реакції, підтримуючи стабільний баланс енергії.
Коулмен і Де Лучія припустили, що навіть цей фундаментальний рівень енергетичного “економічного” балансу може приховувати ще глибшу нестабільність. Якщо в якомусь місці Всесвіту виникне “бульбашка” істинного вакууму, вона може розширюватися зі швидкістю світла, переписуючи закони фізики й знищуючи реальність.
“Ми говоримо про процес, який може повністю змінити структуру Всесвіту”, – пояснює Папіч.
“Фундаментальні константи можуть миттєво змінитися, і світ, який ми знаємо, розвалиться, як картковий будиночок. Нам необхідні контрольовані експерименти, щоб спостерігати цей процес і визначати його часові масштаби”.
Дослідники використали квантовий відпал для імітації цього явища. Їхня система складалася з тисяч надпровідних одиниць, що працювали як компоненти квантового комп’ютера, відображаючи одновимірну модель вакууму, наповненого потенційними можливостями.
Результати підтвердили теоретичні передбачення: розмір “бульбашки” вакуумного розпаду визначається балансом між енергією, що вивільняється всередині неї, та енергією, що витрачається на її поверхню. Якщо утворюється кілька таких бульбашок, вони можуть взаємодіяти між собою, впливаючи на їхнє розширення.
Поки що ці експерименти не підтверджують існування “хибного вакууму” або загрози його розпаду найближчим часом. Але вони допомагають наблизитися до розуміння найскладніших аспектів фізики Всесвіту.
“Це захопливе дослідження, яке поєднує передові квантові симуляції з фундаментальною теоретичною фізикою, демонструє, як близько ми підійшли до розгадки найбільших таємниць Всесвіту”, – підсумовує Папіч.
Це дослідження було опубліковано в журналі Nature Physics.
