Ищем хороших физических кандидатов для полного коллапса Вселенной, в которой мы живем.

Идея, которая часто всплывает в подобных сценариях, — это ложный вакуумный распад .

Допустим, у нас есть крошечный шарик на конце идеальной пружины, двигающийся вперед и назад как гармонический осциллятор. Мяч и пружина обладают некоторой энергией$E$, и зная значение$E$говорит нам кое-что о динамике системы. У этого есть квантовый аналог, более абстрактный квантовый гармонический осциллятор . Опять же, если мы знаем энергию квантового гармонического осциллятора, мы можем кое-что сказать о его динамике. Единственное отличие состоит в том, что для квантовой системы энергия должна быть квантована в некоторых дискретных порциях, и мы говорим, что каждое возможное количество энергии соответствует квантовому состоянию .

Мы можем упорядочить возможные квантовые состояния, например$|0\rangle, |1\rangle, |2\rangle,...$, где$|n\rangle$представляет$n$й штат. Обратите внимание, что существует состояние с наименьшей энергией,$|0\rangle$, которое мы называем основным состоянием . В случае гармонического осциллятора он оказывается с ненулевой энергией.$^{\dagger}$

Квантовая теория поля описывает Вселенную как набор взаимодействующих квантовых полей, каждое из которых описывает фундаментальные частицы (это небольшое упрощение, но не слишком). Каждое поле имеет свое собственное основное состояние, которое обычно называют вакуумным состоянием , и, как и выше, мы ожидаем, что это состояние будет состоянием с самой низкой энергией.

В идеале вакуумное состояние поля стабильно, но оно может быть только метастабильным . Это может произойти, если состояние вакуума на самом деле не является состоянием с самой низкой энергией, а является так называемым ложным вакуумом . В этом случае на самом деле существует стабильное состояние с более низкой энергией, истинный вакуум, но поле в состоянии ложного вакуума нуждается в толчке, чтобы добраться туда, и без какого-либо толчка оно останется в состоянии ложного вакуума. .

Вышеупомянутый распад ложного вакуума — это сценарий, при котором в какой-то точке пространства ложный вакуум распадается на истинный вакуум посредством какого-то механизма, такого как квантовое туннелирование. Вокруг этой точки образуется пузырь или что-то вроде; внутри истинный вакуум, а снаружи ложный вакуум. Вполне возможно, хотя и не гарантировано, что требуемое критическое состояние будет достигнуто, когда пузырек будет расширяться наружу с возрастающей скоростью, приближающейся к скорости света. Внутри пузыря законы физики могут отличаться таким образом, что любые важные структуры, такие как атомы, не могут оставаться стабильными; и наоборот, влияние может быть минимальным.

Ваши условия могут быть удовлетворены, если у нас есть ряд ложных вакуумов, где ложный вакуум с самой высокой энергией на самом деле на несколько состояний выше истинного вакуума. В какой-то момент в космосе этот ложный вакуум распадается на ложный вакуум с несколько более низкой энергией, вызывая крошечные, не катастрофические изменения, но также делая чрезвычайно вероятным дальнейший распад вакуума, каждый из которых вызывает все более и более серьезные последствия. К тому времени, когда достигается истинный вакуум, вселенной, какой мы ее знаем, больше нет.

$^{\dagger}$Одномерный квантовый гармонический осциллятор имеет состояния, в которых состояние$|n\rangle$имеет энергию

Big Rip — еще один хороший кандидат. Темная энергия увеличится до такой степени, что вся материя во Вселенной будет разорвана на части. Его недостатком является то, что если это действительно произойдет, то это произойдет через миллиарды или триллионы лет в будущем.

Но допустим, мы сильно недооценили темную энергию. Допустим, темная энергия будет экспоненциально увеличиваться в течение нашей жизни. Затем мы увидим странные космологические эффекты, которые постепенно выходят за рамки существующей науки. Единственным объяснением может быть то, что темная энергия на самом деле намного сильнее, чем мы предполагали, наблюдая далекие (миллионы и миллиарды световых лет от нас) объекты, и Вселенной, какой мы ее знаем, скоро придет конец.

Вам не нужно ничего менять в физике, чтобы иметь сценарий безудержной смерти Вселенной. Вам просто нужен странник , чтобы появиться на свет.

Стрэндлет — это гипотетическая частица, состоящая из связанного состояния примерно равного количества верхних, нижних и странных кварков. Эквивалентное описание состоит в том, что страпелька — это небольшой фрагмент странной материи, достаточно маленький, чтобы считаться частицей. Размер объекта, состоящего из странной материи, теоретически может варьироваться от нескольких фемтометров в поперечнике (с массой легкого ядра) до сколь угодно больших. Как только размер становится макроскопическим (порядка метров в поперечнике), такой объект обычно называют странной звездой. Термин «странджлет» возник у Эдварда Фархи и Роберта Джаффе в 1984 году. Странджлеты могут превращать материю в странную материю при контакте.

Как только страпелька появится где-нибудь, вся масса вокруг нее в конце концов превратится в странную материю — даже межгалактическую. Это вопрос времени. Таким образом, единственное, что удерживает Вселенную в целом от фактического распада, — это ее расширение.

Для получения дополнительной информации посмотрите это видео от Kurzgesagt, начиная с 3:52 (или посмотрите его целиком, чтобы узнать еще больше об этой странной штуке).