Wszechświat może pożerać się od wewnątrz, ale nie martw się: fizycy badający to zjawisko, zwane „rozpadem czasoprzestrzeni”, uważają, że jest to mało prawdopodobne.
Pomysł, że w niektórych scenariuszach rozwojowych wszechświat zostałby całkowicie zniszczony przez rozszerzającą się bańkę niczego, nie został przypomniany od 1982 roku, kiedy fizyk teoretyczny Witten przedstawił możliwość samokrytyki wszechświata w czasopiśmie Nuclear Physics. Napisał: „Dziura spontanicznie tworzy się w przestrzeni i szybko rozszerza się w nieskończoność, pochłaniając wszystko, co może się wydarzyć na drodze”.
Biorąc pod uwagę, że bańka niczego zniszczyła wszechświat 13 miliardów lat przed publikacją artykułu lub 38 lat później, rozsądnie byłoby nie zwracać uwagi na takie teorie. Jednak trzech fizyków z Uniwersytetu w Oviedo w Hiszpanii i Uniwersytetu w Uppsali w Szwecji twierdzi, że możemy skorzystać na pomyśle pochłaniającej wszystko bańki niszczącej wszechświat.
Fakt, że nasz wszechświat składa się głównie z próżni, jest jednym z powodów, dla których istnieje on w stosunkowo stabilnym stanie. W kwantowej teorii pola, która łączy fizykę kwantową z dynamiką czasoprzestrzeni, próżnię rozumie się jako najmniejszy możliwy stan energetyczny.
„Podekscytowane” stany kwantowe z energiami powyżej stanu próżni nie trwają długo i mają tendencję do szybkiego uspokajania się do stanów o niższej energii poprzez emisję fotonów. Z drugiej strony próżnia nie ma niższych stanów energetycznych, do których można by się dalej rozpadać, a zatem istnieje w stanie stabilnym.
Ponieważ większość naszego wszechświata znajduje się w próżni, w stanie minimalnej energii, nie musimy się martwić rozpadem czasoprzestrzeni. Jednak w fizyce teoretycznej na takie założenia nie ma miejsca.
We wczesnych latach siedemdziesiątych kilku rosyjskich fizyków oddzielnie badało ideę, że istnieje coś pomiędzy stabilną próżnią a niestabilną próżnią: stan podobny do próżni, który wydaje się być stabilny ze względu na bardzo długi okres przed rozpadem. Ta „fałszywa próżnia” pomaga wyeliminować niespójności w teoriach dotyczących wczesnych warunków we wszechświecie.
Chociaż zaproponowano koncepcję fałszywej próżni, aby opisać tylko przejście przed Wielkim Wybuchem, niedawne badania w polu Higgsa (kwantowe pole sił wykryte przez akcelerator cząstek CERN) sugerują, że nadal możemy żyć w fałszywej próżni: to, co wcześniej uważano za stabilne (najniższa energia) Stan Higgsa może nie być najniższym stanem energetycznym.
Film promocyjny:
Możliwość, że stabilność naszego wszechświata jest bardzo długotrwałą iluzją, wywołała pytanie, jak iz jakiego powodu może zniknąć cienka fałszywa próżnia. Jedną z odpowiedzi jest „bańka niczego”.
Bańka z niczego jest jednym z przykładów „bańki czasoprzestrzennej”, w której czasoprzestrzeń ma różne właściwości wewnątrz i na zewnątrz bańki. Jeśli bańka niczego spontanicznie uformuje się w przestrzeni fałszywej próżni, wtedy wzrośnie i ostatecznie wchłonie cały Wszechświat.
Ale dlaczego jeszcze nie utworzyła się żadna bańka? Odpowiedź tkwi w teorii strun, popularnej i odnoszącej sukcesy kandydatce do tytułu „teorii wszystkiego”, która opisuje małe struny o właściwościach, których nie mają inne cząstki podstawowe. W szczególności struny mają stan oscylacyjny, który wyjaśnia kwantową grawitację. Innymi słowy, teoria łączy zjawiska fizyki kwantowej z efektami pól grawitacyjnych. Dlatego teoria strun jest tak popularna.
Matematyka teorii strun działa tylko wtedy, gdy istnieją więcej niż cztery wymiary: trzy wymiary przestrzenne, wymiar czasowy, a następnie wiele innych wymiarów, które są tak małe, że nie można ich wykryć - są ściśle skompresowane i ukryte oraz wydedukowane czysto matematycznie.
Zgodnie z tą matematyką w czasoprzestrzeni 4D nie utworzą się żadne bąbelki. Ich miejsce jest tylko w „nierównej” wielowymiarowej czasoprzestrzeni.
Innymi słowy, jak zauważa czeski teoretyk strun Lubos Motl, bańka niczego jest niebezpieczna, bo gdyby miała się wydarzyć, musiała już się wydarzyć.
W ten sposób nie musimy się martwić, że bańka pochłonie całą czasoprzestrzeń. Jeśli jednak zastanawiasz się, jak wyglądał wszechświat przed Wielkim Wybuchem, to zdecydowanie warto przestudiować teorię bąbelków bliżej.
Kirill Panov