Как “ничто” может уничтожить Вселенную
Концепция “ничто”, пустоты, когда-то вызвала тысячелетние споры и даже войны. Сегодня физики видят в ней возможное объяснение темной энергии — загадочной силы, ускоряющей расширение космоса. Более того, само “ничто” потенциально способно вызвать окончательное Разрушение Вселенной. Эту удивительную идею исследует физик Антонио Падилья.
Тысячелетняя война из-за пустоты
Идея “ничто” долгое время пугала мыслителей. Древнегреческий философ Аристотель утверждал: “природа боится пустоты”. Он считал вакуум невозможным. Эта точка зрения доминировала в Европе более тысячи лет.
Однако в других культурах к “ничто” относились иначе. Примерно в 628 году нашей эры индийский математик Брахмагупта формализовал понятие нуля (“шунья”). Ноль стал не просто символом отсутствия, а полноценным числом. Примерно в то же время цивилизация Майя в Центральной Америке независимо использовала ноль в своих календарных системах.
Когда концепция нуля через арабских ученых достигла Европы в Средние века, она встретила сопротивление. Ноль казался противоречащим здравому смыслу и даже божественному порядку. Однако его практическая польза в математике и торговле в итоге победила предрассудки.
Ничто в современной физике: не такое уж и пустое
Классическая физика унаследовала неприязнь к пустоте. Но в XX веке квантовая теория поля перевернула наши представления. Согласно ей, “пустое” пространство на самом деле бурлит активностью. В нем постоянно возникают и исчезают так называемые виртуальные частицы.
Этот квантовый “шум” означает, что вакуум обладает энергией. Её называют энергией вакуума или нулевыми колебаниями. Это фундаментальное свойство пространства-времени само по себе.
Загадка темной энергии
В конце 1990-х годов астрономы сделали поразительное открытие. Наблюдения за далекими сверхновыми показали, что расширение Вселенной не замедляется под действием гравитации, а наоборот, ускоряется. Для объяснения этого явления ввели понятие “темной энергии”. Она действует как антигравитация, расталкивая пространство.
Что же такое темная энергия? Главный кандидат — это та самая энергия вакуума, предсказанная квантовой теорией. Её свойства идеально соответствуют тому, что требуется для ускоренного расширения.
Величайшая ошибка в истории физики?
Однако тут возникает колоссальная проблема. Теоретические расчеты дают для энергии вакуума невообразимо большое значение. А наблюдения показывают, что реальная плотность темной энергии очень мала. Расхождение составляет 120 порядков! Это число — единица со 120 нулями.
Физик Вольфганг Паули шутил, что пустое пространство должно весить так много, что радиус Вселенной “не дотянулся бы и до Луны”. Расхождение между теорией и наблюдениями называют “проблемой космологической постоянной”. Это, возможно, самый большой провал предсказательной силы фундаментальной физики.
Почему Вселенная все еще существует?
Как объяснить эту пропасть? Есть несколько гипотез.
Одна из них — антропный принцип. Он предполагает существование множества вселенных (Мультивселенной). В каждой из них энергия вакуума может иметь разное значение. Мы живем в той Вселенной, где эта энергия достаточно мала, чтобы позволить сформироваться галактикам, звездам и, в конечном итоге, нам. В других вселенных с большой энергией вакуума структура просто не смогла бы возникнуть.
Антонио Падилья и его коллеги предложили другую идею. Они предположили, что сама Вселенная динамически подстраивает значение энергии вакуума, стремясь к нулю в ходе своей эволюции. Этот механизм мог бы объяснить наблюдаемую малость темной энергии, но он требует новой, пока не подтвержденной физики.
Нестабильный вакуум: бомба замедленного действия
Но есть еще одна, более тревожная возможность, связанная с “ничто”. Что, если наш вакуум — не истинно пустой, а лишь метастабильный? Представьте шарик, лежащий не на дне долины, а в небольшой ямке на склоне холма. Он стабилен, но не абсолютно. Достаточно толчка, и он скатится вниз, в более низкое энергетическое состояние.
В роли такого “шарика” выступает поле Хиггса. Это поле пронизывает все пространство и отвечает за массу элементарных частиц. Современные измерения массы бозона Хиггса и топ-кварка (самой тяжелой частицы) намекают, что наше вакуумное состояние может быть именно таким — метастабильным.
Как может произойти Разрушение Вселенной?
Если наш вакуум метастабилен, то существует крошечная, но ненулевая вероятность, что он спонтанно перейдет в состояние с более низкой энергией. Этот процесс называется квантовым туннелированием.
В какой-то точке пространства может возникнуть “пузырь” истинного вакуума. Внутри этого пузыря будут действовать совершенно другие законы физики. Стенка пузыря начнет расширяться во все стороны со скоростью света.
Для всего, что окажется на пути этого пузыря, последствия будут катастрофическими. Атомы распадутся, структуры разрушатся. Всё будет стерто и заменено новым состоянием вакуума. По сути, это будет мгновенное и абсолютное Разрушение Вселенной**, какой мы ее знаем.
Когда ждать конца света от “ничто”?
Звучит пугающе. Однако расчеты показывают, что вероятность такого события крайне мала. Время жизни нашего метастабильного вакуума оценивается в невероятно долгие сроки.
По некоторым оценкам, это может быть 10 в степени 139 лет (единица со 139 нулями). Это намного больше текущего возраста Вселенной (около 13.8 миллиардов лет). Другие расчеты дают сроки поменьше, но все равно измеряемые десятками или сотнями миллиардов лет.
Точное время зависит от пока неизвестных деталей физики и более точных измерений масс частиц. Но в любом случае, беспокоиться о немедленной гибели от вакуумного распада не стоит. Солнце погаснет гораздо раньше.
Ирония пустоты
И все же сама идея поразительна. “Ничто” — концепция, которую когда-то отвергали и боялись — оказывается одной из самых мощных и загадочных сил в космосе. Она может быть ключом к темной энергии и, теоретически, таить в себе семена будущего **Разрушения Вселенной**. Изучение “ничто” продолжает оставаться одним из самых захватывающих направлений в фундаментальной физике.