Svemir je možda na putu da sam sebe iznutra pojede.

Srećom za nas, fizičari koji proučavaju fenomen, nazvan „propadanje prostora“, vjeruju da je ovo vrlo malo vjerovatno. Ipak, mogućnost je dovoljno zanimljiva za istraživanje dosadnih detalja, koji pokrivaju „mjehuriće ničega“ u prostornom vremenu, skrivenih dodatnih dimenzija i hipotetičkog promatrača koji se kreće na vanjskoj površini našeg svemira.

Ideja da bi u specifičnim scenarijima svemir bio u potpunosti uništen raširenim mjehurićem ničega, postojala je još od 1982. godine, kada je teorijski fizičar Edward Witten predstavio mogućnost da svemir pojede sebe u radu u časopisu Nuclear Physics B. Napisao je: “Rupa se spontano formira u prostoru i brzo se širi u beskonačnost, gurajući u beskonačnost sve što može da naiđe.”

S obzirom da mjehurić ničega zapravo nije uništio svemir, niti u 13 milijardi godina prije nego što je Witten objavio svoj rad niti u 38 godina nakon toga, fizičarima bi bilo razumno da ga gurnu nazad prema listi prioriteta istraživanja. Ali tri fizičara na Univerzitetu Oviedo u Španiji i Univerzitetu Uppsala u Švedskoj tvrde da možemo naučiti važne lekcije iz sveprožimajućeg mjehurića koji uništava svemir u čudesno naslovljenom časopisu, “Nothing Really Matters”, dostavljenom Journalu. visokoenergetske fizike ovog meseca.

Konkretno, razumijevanje uvjeta za raspadanje prostora u vremenu kroz mjehurić ničega nije korak prema povezivanju najboljih teorija o najsitnijim građevnim blokovima univerzuma – žice – s teorijama o samom prostoru i vremenu.

Nestabilni svemir

Obično se razumije da je vakuum područje potpune praznine, pa je zbunjujuće misliti da je naš čitav svemir koji sadrži planetu Zemlju, daleke galaksije i sve između ostalog gotovo u potpunosti vakuum. Ali činjenica da je naš svemir uglavnom vakuum, dio je razloga što postoji u relativno stabilnom stanju.

U teoriji kvantnog polja, koja povezuje kvantnu fiziku i dinamiku svemirskog vremena, vakuum se bolje razumije kao najniže moguće energetsko stanje. “Uzbuđena” kvantna stanja sa energijom iznad stanja vakuuma ne ostaju uzbuđena dugo vremena i imaju tendenciju da se brzo raspadaju do nižih energetskih stanja emitujući fotone i druge pakete energije. U vakuumu nema nižih energetskih stanja koja bi se mogla razgraditi i tako sretno postoje u stabilnom stanju.

Budući da je veći deo našeg svemira u vakuumu i već se nalazi u najnižem mogućem energetskom stanju, ne bismo trebali brinuti o svemirskom propadanju. Međutim, u teorijskoj fizici takve su pretpostavke rijetko stabilne.

Početkom 1970-ih, nekoliko ruskih fizičara odvojeno je istraživalo ideju da postoji sredina između stabilnog vakuuma i nestabilnog ne-vakuuma: stanje nalik vakuumu koje izgleda stabilno zbog dugog vremenskog perioda u kojem će ostati „ metastabilno “stanje prije propadanja. Sada se naziva “lažnim vakuumom”, predlog je bio pokušaj da se razreše nedoslednosti u teorijama o ranim uslovima u svemiru, efektima gravitacije i kosmološkim opažanjima.

Iako je predloženo da novi koncept lažnog vakuuma opisuje samo prijelazno razdoblje prije Velikog praska, novija istraživanja polja Higgsovog polja (polja kvantne sile koje je poznato detektirao akcelerator čestica CERN) sugeriraju da možda još uvijek živimo u lažnom vakuumu uostalom, jer ono što se ranije mislilo da je stabilno (najniža energija) stanje u Higgsovom polju možda nije niže energetsko stanje.

Mogućnost da je stabilnost našeg svemira vrlo duga privid otvorila je gomila pitanja o tome kako i zašto delikatni lažni vakuum može propasti. Jedan odgovor je kroz “mjehurić ničega”.

Beskonačno ništa i skrivene dimenzije

Mjehurić ničega nije jedan primjer „mjehurića prostora i vremena“ gdje prostorno vrijeme ima različita svojstva unutar i izvan granice mjehurića. Na primjer, druge vrste mjehurića mogu imati različitu jačinu tamne energije unutar i izvan mjehurića, ali mjehurići ničega nemaju unutrašnjost, kaže autorica i istraživačica sa Sveučilišta u Uppsali, Marjorie Schillo.

Ako se mjehurić ničega spontano formira u prostoru lažnog vakuuma, on će rasti i na kraju progutati cijeli svemir. „[Mjehurić ništa] opisuje mogući kanal za„ uništenje svemira “; tako da se mjehurić ničega ne širi i može ‘pojesti’ sve prostorno vrijeme, pretvarajući ga u ‘ništa’ ‘, kaže Schillo.

Ali zašto bi se mjehurić ničega nije formirao na prvom mjestu? Odgovor leži u teoriji struna, popularnom i uspešnom kandidatu za „teoriju svega“ koja postulira sitne entitete nazvane žice sa svojstvima koja druge fundamentalne čestice nemaju. Konkretno, žice imaju vibracijsko stanje koje računa na kvantnu gravitaciju. Drugim riječima, teorija integrira pojave u kvantnoj fizici s ponašanjem i učincima gravitacijskih polja. Ovaj je rezultat mnogo tražen, i značajan je razlog zašto je teorija struna toliko popularna.

Takva mukotrpna kompletna teorija oslanja se na nekoliko pretpostavki koje nisu zagarantovane. Matematika teorije struna funkcionira samo ako postoje više od četiri dimenzije: tri prostorne dimenzije, vremenska dimenzija, a zatim mnoštvo drugih dimenzija koje su toliko male da se ne mogu prepoznati, samo se dobivaju matematički. U teoriji struna, čini se da je geometrija našeg svemira samo četverodimenzionalna svemir-vrijeme jer su dodatne dimenzije čvrsto zbijene i skrivene.

Iz matematičkih razloga koji su gotovo previše tehnički da bi se objasnili rečima, mjehurići ničega neće se formirati u četverodimenzionalnom svemirskom vremenu, ali će se formirati u „strogom“ višedimenzionalnom svemirskom vremenu. Jedan model žilavog svemirskog vremena naziva se vakuum Kaluza-Klein i u ovom je modelu vjerovatnoća mjehurića da ništa ne uništi sve jedno (tj. Izvjesno) kroz beskonačni prostor. Fizičari zapravo nisu sigurni je li naš svemir beskonačan ili konačan volumen, ali uvjerljivo, rezultat je da je uništenje svemira bez mjehurića stopostotno sigurno kao nešto što će se ispraviti, a ne nešto što bi trebalo brinuti.

Kako primjećuje češki teoretičar struna Luboš Motl u iznenađujuće smiješnom postu na blogu, mjehurić ništa katastrofe trebao bi se koristiti za isključenje opisa našeg svemira, jer da bi se to dogodilo, to bi se već trebalo dogoditi.

„Ne znamo da li je naše svemirsko vrieme tačno stabilno. Vjerojatno je da mu prijeti kosmička katastrofa “, piše on. „Ali zato što je Univerzum živeo [oko 14 milijardi godina] … znamo da vjerovatnoća rođenja smrtonosne praznine ne bi trebalo da bude mnogo veća od [izuzetno malog broja daleko manjeg od jednog] . “

On nastavlja: „Ako bi teorija predviđala (mnogo) veću gustinu vjerovatnoće smrtonosnog destruktivnog tumora, također bi predviđala da je naš Svemir do sada trebao (sigurno) biti uništen. Ali nije bilo tako da bi teorija imala problem. “

Schillo se slaže. Kaže da njezino istraživanje mjehurića ničega je dijelom usmjereno na utvrđivanje kakvih implikacija ima za teorijski opis svemira, s obzirom na to da je propadanje prostornog vremena putem mjehurića ništavila malo vjerovatno.

„Važno je razumjeti ove kanale propadanja, jer ako želimo da snažni vakuum opiše naš univerzum, nestabilnosti poput mjehurića ničega moraju biti ili izuzetno rijetke ili odsutne“, kaže ona.

Jahanje na balonu

Mjehurić ničega služi i drugoj svrsi. Schillo i drugi vjeruju da se matematički opis mjehurića ničega koji uništava svemir također može upotrijebiti za modeliranje podrijetla svemira.

Ponašanje mjehurića ničega koji se brzo širi je dobro približavanje ranoj inflaciji svemira. Tačnije, vanjska površina rastućeg mjehurića ničega ne bi ličila na stvaranje svemira, kad bi se moglo gledati stvaranje svemira izvana.

Ovo možda zvuči namerno, ali to je ključni fokus teorijske fizike i kozmologije ranog svemira. “Jedna od budućih tema istraživanja koja me najviše raduje je gledanje u aspekt” stvaranja univerzuma “ovog djela”, rekao je Schillo.

„Bilo bi zanimljivo raditi pod kojim uvjetima bi posmatrač mogao„ jahati “na balonu ničega i vidjeti univerzum sličan onome u kojem živimo“, objasnila je. „Budući da se mjehurić širi, takav bi promatrač pogledajte svemir koji se širi, i to bi moglo objasniti opažanu tamnu energiju. “