Конец Вселенной возможен в любой момент — новый сценарий от исследователей бозона Хиггса…
| 2013/02/22 |
Традиционно для конца Вселенной ученые “предлагали” три основных сценария. И все они были завязаны на свойства темной энергии — гипотетического феномена, через который в современной физике объясняют, почему наша Вселенная расширяется с ускорением.
Первый сценарий конца Вселенной — разбегание и тепловая смерть. Если ускоренное расширение нашей Вселенной продолжится примерно в существующем темпе, то все галактики за пределами нашего Сверхскопления выйдут за горизонт событий (их относительная скорость превысит скорость света). Соответственно, доступная нам Вселенная уменьшится до размеров нашей Галактики с соседями, которые постепенно “остынут” до состояния тепловой смерти: прекратится звездообразование, звезды выгорят, черные дыры испарятся, настанет эпоха вечной тьмы… Всё это станет актуальным примерно через триллион лет и далее. При этом стоить помнить, что жизнь на Земле станет невозможной уже “всего лишь” через миллиард лет…
Второй сценарий конца Вселенной — Большой разрыв. Теория Большого разрыва (Big Rip) исходит из того, что сила воздействия темной энергии такова, что скорость расширения нашей Вселенной будет всё более увеличиваться, и конец Вселенной наступит примерно через 22 млрд лет. Произойдет это из-за того, что по мере увеличения скорости расширения расстояние до горизонта событий будет все сильнее уменьшаться, пока не разорвутся все составляющие Вселенную объекты и тела, в т.ч. атомы и субатомные частицы…
Так, за миллиард лет до Большого разрыва распадутся скопления галактик, за 60 млн лет до конца Вселенной — распадется наша Галактика, за 3 месяца — разлетится Солнечная система, а за 30 минут до Конца — разрушится Земля (или любые другие звездные системы и планеты, на которых будет разумная жизнь, учитывая что Земли в том виде, в котором мы её знаем, к тому времени уже не будет)…
Третий сценарий конца Вселенной — Большое сжатие. Если темная энергия не будет не постоянной и не будет увеличиваться, а с определенного момента эволюции Вселенной станет ослабевать, то нас может ждать Большое сжатие. Этот сценарий конца Вселенной описывает ситуацию, когда под воздействием сил гравитации Вселенная стянется в одну точку.
До момента, пока Вселенная не уменьшится относительно существующей в 100 раз, все будет по-прежнему, но затем Вселенная станет как одна большая галактика. Температура реликтового фона достигнет 274к и на планетах земного типа начнет таять лед, где бы он не находился. Дальнейшее сжатие приведёт к тому, что излучение реликтового фона затмит даже центральное светило планетарной системы, выжигая на планетах последние ростки жизни. А вскоре после этого испарятся или будут разорваны на куски сами звёзды и планеты. Далее состояние Вселенной будет похоже на то, что было в первые моменты её зарождения: атомы распадаются на атомные ядра и электроны, начинает доминировать излучение, потом начинают распадаться атомные ядра на протоны и нейтроны, затем распадаются и сами протоны и нейтроны на отдельные кварки… происходит великое объединение. В этот момент, как и в момент Большого взрыва, перестают работать известные нам законы физики, и дальнейшую судьбу Вселенной предсказать невозможно…
Если наблюдаемое сейчас ускоренное расширение Вселенной остановится и сменится сжатием, то, учитывая современные размеры Вселенной, до финала Большого сжатия все равно пройдут миллиарды лет.
Таковы традиционные сценарии конца Вселенной. Но вот, после определения массы новой элементарной частицы, которая, скорее всего, является бозоном Хиггса, просчитан не только новый сценарий гибели нашего мира, но и по-новому обоснована его фундаментальная непрочность.
Бозон Хиггса — частица, которая в рамках стандартной модели отвечает за массу элементарных частиц. Её существование было предсказано в 1964 году. Но лишь после строительства самого дорого научного прибора в истории человечества (Большого адронного коллайдера) была “поймана” частица, которая скорее всего им и является.
И самое главное — была определена масса бозона, которая оказалось равной 125-126 ГэВ. Именно это значение и позволило физику-теоретику Джозефу Ликкену более конкретно подойти к новой теории гибели Вселенной.
(см. на Sci-Fact.ru)
Дело в том, что данное значение массы бозона Хиггса допускает существование метастабильного “ложного вакуума”. Т.е. вакуум в нашей Вселенной обладает не минимальной энергией, а пребывает лишь в состоянии с локальным минимумом энергии, и в любой момент возможно его соскальзывание в состояние “истинного вакуума”.
Т.е. в любой момент времени в любой части Вселенной возможна квантовая флуктуация, в результате которой минимальный “пузырек” вакуума даст начало новой Вселенной — из-за своего более низкого энергетического уровня он станет поглощать всё вокруг себя, расширяясь со скоростью света. Это событие и будет началом конца нашей Вселенной.
С другой стороны, можно говорить и не о конце истории Вселенной, а о смене одного поколения Вселенной другим. Впрочем, рожденная новая Вселенная будет радикально отличатся от старой — поэтому это будет такая смена поколений, когда ребенок пожирает своего родителя…
Джозеф Ликкен в своем докладе успокаивал слушателей, что раз Вселенная уже просуществовала 13,75 млрд лет, то значит она достаточно стабильна, чтобы просуществовать еще очень продолжительное время и кроме того, расширение “пузыря” новой Вселенной будет происходить с максимально возможной скоростью для передачи информации — т.е. ни испугаться, ни приготовиться к нему мы не успеем — конец Вселенной случится абсолютно незаметно для всего живого.
Таков еще один сценарий гибели Вселенной. Он любопытен прежде всего тем, что дает нам шанс еще раз задуматься о зыбкости всего сущего, в т.ч. Вселенной в целом. О том, что мир таков, что существование и его, и нас в нем — настоящее чудо (см. еще: Антропный принцип, Тонкая настройка Вселенной)… Проверить же конкретные расчеты Дж. Ликкена можно будет только после возобновления экспериментов на БАКе в 2015 году…
[Пока же некоторые уточнения и критику можно найти ниже в Комментариях]
постоянная ссылка статьи:
https://sci-fact.ru/1-space-fact/konec-vselennoj-vozmozhen-v-lyuboj-moment-novyj-scenarij.html
Поделиться информацией из статьи:
- Возможное открытие пятой фундаментальной силы природы…
- Ученые бьют тревогу — в ближайшие 20 лет очень высока вероятность столкновения с астероидами…
- ИХ пересчитали — число цивилизаций в нашей Галактике может колебаться от 361 до 37 964…
- Цвет растений на планетах вне Солнечной системы может быть и желтым, и красным, и даже черным…
- Вояджер-1 и Вояджер-2: звездный путь длиною в 33 года…
- Мобильная Астрономическая Система ТЕлескопов-Роботов охотится за гамма-всплесками…
- Эллиптические галактики увеличили количество звезд во Вселенной в 3 раза и уменьшили процент темной материи…
- Новый черный мир… Астрономы открыли 10 одиноких планет без солнц. Всего же таких планет — миллионы, причем на многих возможна жизнь…
ТЕМЫ: Космос Астрофизика Звезды Астрономия Вселенная Космология Теория большого взрыва
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:
ПОДПИШИТЕСЬ на анонсы Sci-Fact.ru
Слухи о смерти Вселенной сильно преувеличены
(комментарий в Elementy.ru на публикации о новом сценарии “конца Вселенной”)
( Рис. 1. Стабильность хиггсовского потенциала в зависимости от массы бозона Хиггса (по горизонтали) и массы топ-кварка (по вертикали). Красная область — нестабильный потенциал (время до распада порядка или меньше 10 млрд лет), желтая область — метастабильность (время до распада на несколько порядков превышает нынешний возраст Вселенной), зеленая область — полная стабильность. Числа показывают энергетический масштаб в ГэВ, до которого потенциал остается стабильным. Все расчеты верны только в отсутствие Новой физики. Изображение из статьи arXiv:1205.6497 )
1. Сам по себе факт, что в некоторых теориях элементарных частиц бывает несколько разных вакуумов, известен более полувека, еще с тех пор, как физики начали серьезно изучать спонтанное нарушение симметрии в теории поля. Обычный хиггсовский механизм — это, кстати, тоже результат того, что вакуумы бывают разные.
«Вакуум» в квантовой теории поля — это не пустота, а просто энергетически выгодное состояние всех полей. В теориях со сложно взаимодействующими полями таких состояний может быть несколько. Одно из них самое устойчивое, остальные — устойчивы только для не слишком больших воздействий. Такие «не самые устойчивые» вакуумы (ложные вакуумы) нестабильны. При очень сильном воздействии они разрушаются, и Вселенная тогда испытывает фазовый переход из ложного в истинный вакуум. Однако в принципе Вселенная может долго находиться в состоянии с ложным вакуумом, примерно так же, как и переохлажденная вода может долго находиться в жидком состоянии даже ниже номинальной точки замерзания — в таком случае говорят про метастабильный вакуум.
Есть простая повседневная аналогия этой ситуация. Упавшее на пол тело, попрыгав немного, замрет и останется лежать на полу. «Неподвижно лежать на полу» — это состояние с наименьшей энергией для тела, этот как бы «вакуум возмущений» этого тела. В многоэтажном доме этих состояний будет много — тело может устойчиво лежать на полу на любом этаже. Однако при очень сильном внешнем воздействии (например, землетрясении, разрушившем дом), состояние покоя на верхних этажах будет неустойчивым, и тело рухнет вниз вместе с перекрытиями — произойдет переход из «ложного» вакуума в «истинный».
2. То, что в хиггсовском вакууме Стандартной модели в принципе может иметь место такая ситуация, тоже известно давным-давно. Подчеркнем — не «имеет место», а «в принципе может иметь место», в зависимости от того, какова сила взаимодействия хиггсовского поля с самим собой (то есть какова масса бозона Хиггса).
Это совершенно стандартный факт, который упоминается в любом вводном курсе про свойства хиггсовского бозона. Только подается он не в виде «Мы все умрем!», а в виде: «Масса стандартного хиггсовского бозона не может быть меньше примерно 110 ГэВ, иначе бы нынешний вакуум был бы слишком нестабильный и давно бы развалился».
3. Поскольку сейчас масса бозона Хиггса известна, можно спросить: чему она соответствует? Вот на этот вопрос пока точного ответа дать нельзя — нынешние измерения массы бозона Хиггса и массы топ-кварка пока что недостаточно точны для этого (топ-кварк как раз играет роль дестабилизатора хиггсовского поля). В пределах экспериментальных погрешностей лежат ситуации от «полностью стабильной» до «чуть-чуть нестабильной» (см. рис. 1).
Эти слова — не просто обороты речи, а имеют определенный четкий смысл. «Полностью стабильный» хиггсовский потенциал означает, что он стабилен не только в спокойном состоянии, но даже и при любом воздействии вплоть до планковских энергий (что происходит за планковскими энергиями, современная физика просто не знает). «Чуть-чуть нестабильный» означает, что он остается стабильным вплоть до очень больших энергий порядка 1010 ГэВ, которые на много порядков превосходят возможности коллайдеров.
Сейчас оценивается, что «водораздел» между полностью стабильным и не вполне стабильным вариантами проходит при массе бозона Хиггса 129 ± 6 ГэВ. Измеренное на сегодня значение в этот интервал попадает. Поэтому какой из этих вариантов правильный, можно будет узнать, лишь уточнив массу бозона Хиггса и топ-кварка.
4. Предположим, тем не менее, что будущие измерения покажут, что ситуация является «чуть-чуть нестабильной». Казалось бы, это потенциально опасно — ведь если хоть где-то во Вселенной (например, на супер-ускорителе какой-нибудь сверхцивилизации в иной галактике) случится достаточно сильная энергетическая флуктуация, это может привести к рождению «пузырька истинного вакуума», который, расширяясь, разрушит Вселенную.
…эти опасения будут хоть отчасти справедливы, только если окажется, что Стандартная модель работает без каких-либо модификаций вплоть до этих огромных энергией. Но никто сейчас не знает, как реально устроена природа! Неизвестно, существует ли какая-то Новая физика на масштабах от энергий LHC и до 1010 ГэВ. Если там существует хоть что-то, то все предыдущие выводы относительно возможной нестабильности рушатся.
5. Ну и последнее. Предположим, что всё же Стандартная модель действительно верна вплоть до 1010 ГэВ и никакой Новой физики — ни новых частиц, ни новых взаимодействий, ни суперсимметрии, ни новых измерений, ничего — нет. Тогда в соответствии с [известными] расчетами Вселенная действительно сейчас находится в метастабильном состоянии и может распасться. Когда это произойдет?
Ответ: для нынешних значений масс частиц время составляет порядка 1050 лет и выше. До десятка миллиардов это время жизни может уменьшиться, только если нынешние измерения массы топ-кварка по какой-то причине дают очень заниженные результаты. » http://elementy.ru/news/431980
Сказать же что конкретно предложил нового в своих вычислениях Дж. Ликкен пока нельзя (его расчеты лишь докладывались на конференции и пока что недоступны даже в виде препринта)…
[ комментарии с elementy.ru/news?discuss=431980 ]
24.02.2013 09:51 | kbob
…Какой энергией должен обладать минимальный объем нового вакуума, способный к самопроизвольному расширению, в модели описанной в статье?
24.02.2013 15:27 | spark
Вопрос стоит не совсем так. Понятно, что если есть другой минимум потенциала, который на величину Delta E ниже нынешнего, то будет существовать некий критический размер пузырька, который уже будет не схлопываться, а расширяться всё больше и больше. Чем меньше Delta E, тем больше этот размер. Чем выше по энергии перевал, который надо преодолеть на пути к новому минимуму, тем больше этот размер.
Простейшие оценки написать нетрудно, и они даже есть в более простой книжке Окуня («Физика элементарных частиц»). Для любых более-менее разумных потенциалов, этот размер всего в несколько раз превышает «электрослабую длину» (условный масштаб длины, отвечающий энергии 246 ГэВ).
Главный вопрос тут в том, как долго надо ждать, чтоб пузырек такого размера спонтанно появился где-то в видимой части Вселенной. Это время экспоненциально сильно зависит от размера пузырька. Грубая оценка такая: если на пути из нынешнего минимум в новый мы вынуждены подниматься на перевал высотой в пару раз больше Delta E (т.е. два шага вверх, а потом три шага вниз), то среднее время ожидания пузырька намного превышает возраст Вселенной.
24.02.2013 21:59 | dkurashkin
А с какой скоростью идет схлопывание? Со скоростью света или больше/меньше? Я так понимаю, что если пузырек зародится в соседней галактике — на наш век времени все равно хватит?
25.02.2013 22:59 | spark
Начнется медленно, но очень быстро разгонится до скорости света. Получится такой расширяющийся пузырь, который кстати во всех системах отсчета будет выглядеть одинаково.
> Я так понимаю, что если пузырек зародится в соседней галактике — на наш век времени все равно хватит?
Если зародится сейчас, то да, но кто знает, может он уже зародился давно, и скоро расширяющаяся стенка дойдет до нас?
26.02.2013 16:04 | ovz
Игорь.
Все ж таки настойчиво пытаетесь внушить мысль «Мы все умрем!!» :)
02.03.2013 14:22 | dkurashkin
>Получится такой расширяющийся пузырь, который кстати во всех системах отсчета будет выглядеть одинаково.
А что в данном случае значит «во всех системах отсчета будет выглядеть одинаково»? Ведь если граница пузыря будет двигаться со скоростью света, никакой наблюдатель ничего не увидит. Сначала он будет видеть обычный космос, а потом пузырь дойдет до него, и как вы уже говорили ниже, наблюдатель просто прекратит существование. Кстати, тут по поводу «скоро расширяющаяся стенка дойдет до нас» — мы ведь даже не увидим ее и не узнаем о ее приближении, просто знакомая нам вселенная прекратит существование со всеми нами вместе.
26.02.2013 00:32 | dims
Но ведь время жизни — это просто характерное время какое-то, а не чёткий срок. Метастабильность означает, что конец света может наступить в любой момент, безо всяких причин, просто спонтанно. Хотя, конечно, вероятность этого чрезвычайно мала.
26.02.2013 02:50 | spark
На это я могу сказать две вещи.
1) Да. И что? Вы что-то можете _сделать_?
2) Еще со времен истерии «Ааа! Этот калаэдр породит черную дыру и нас всех засосёт!» я пытался донести одну простую мысль. Вероятности какого-то единичного события типа 10^{-100} не просто маленькие, они _бессмысленно_ маленькие по любым человеческим меркам. Вероятность того, что к нам скоро прилетит иноземная сверхцивилизация и примерно накажет всех тех, кто не любит науку — сравнимого порядка :) Корректировать свои выводы или поступки с учетом таких вероятностей (единичных событий) бессмысленно.
26.02.2013 11:08 | dims
Я всё понимаю. Но про инопланетян ничего неизвестно, вероятность их прибытия не вычислена, хотя, наверняка такая же или больше. А здесь, может быть, впервые, наука ПОСЧИТАЛА вероятность спонтанного самоуничтожения всего мироздания! ИМХО это круто и вполне заслуживает неких обывательских переживаний!
26.02.2013 11:47 | xolod
мироздание не самоуничтожится, оно просто перейдет в другую чуть более стабильную форму, а кстати есть какие-нибудь предположения а что это будет?
26.02.2013 13:57 | spark
Будет другой электрослабый вакуум с другими массами частиц, другими цепочками распадов и т.д. Ну и плюс при переходе выделится много энергии, так что температура вселенной повысится скорее всего до уровня, когда никаких структур не существует. Ну а потом дальше будет остывать вероятно, и после этого что-то может и образуется. Этакий мини-большой взрыв, но в отличие от настоящего большого взрыва с пространством-временем никаких изменений вроде бы не должно быть.
26.02.2013 12:07 | prometey21
>вероятность спонтанного самоуничтожения всего мироздания!< Фраза, достойная боевика из боевиков! А вот настоящая наука создается не для обывательских переживаний, а для открытия истины, до которой пока далеко! Весь компьютерный потенциал планеты - пташка по сравнению с тем, что имеют инопланетяне!
26.02.2013 13:53 | spark
Да нет же! НЕИЗВЕСТНО, верна ли СМ или нет до таких далеких масштабов. И вряд ли будет известно в ближайшие века. Поэтому неизвестно, имеет ли это вычисление отношение к реальности.
26.02.2013 14:20 | dims
Я понимаю, что вероятность зависит от свойств материи при высоких энергиях, которые могут оказаться другими. То есть, при наличии «новой физики», расчёт может оказаться неверным, вероятность спонтанного перехода в устойчивое состояние может быть другой и даже равной нулю. Но исходя из того, что известно на настоящий момент — вероятность такая-то.
26.02.2013 15:21 | spark
Даже не знаю, как еще объяснить. Нам ничего не известно сейчас про те масштабы. Нельзя говорить, что мы _пока что_ знаем, что там работает только СМ.
Ну это примерно как доказывать, что инопланетянин не может подпрыгнуть вверх на пять метров, потому что мы до сих пор не видели ни одного человека, способного это сделать.
28.02.2013 05:23 | SysAdam
А может ну ее, эту Новую Физику? По старой хоть вселенная метастаблильна, а по новой вот как раз и будет «Ааааа!!! Мы скоро все умрем!!!»
28.02.2013 15:22 | Serg_Y
Из старой все высосали, недостаток энергоресурсов явный признак. Пускай работают. Шнель-шнель.
А если вселенная — это то что мы о ней думаем? Какую бы хрень не взяли в качестве «самой последней истины» — она почему то сразу находит «подтверждение» в «Экспериментах» ( бородатый анекдот — коллега а ведь график который Вы интертрепировали вы держали перевернутым…. НУ тогда все еще проще…)…