Εάν εσείς ξαφνικάακολουθήστε επιστημονικές και ψευδοεπιστημονικές ειδήσεις, μπορεί να έχετε συναντήσει άλλη ιστορία τρόμου από τον Στίβεν Χόκινγκ. Εκεί πάλι απειλεί όλο τον κόσμο με τον Αρμαγεδδώνα. Πιο συγκεκριμένα, ο Χόκινγκ, φυσικά, δεν είπε κάτι τέτοιο, απλώς προωθεί το νέο του βιβλίο Starmus, που θα κυκλοφορήσει τον Οκτώβριο και τα μέσα ενημέρωσης, ως συνήθως, παίρνουν και διαδίδουν τα νέα σε όλο τον κόσμο - «Hawking είπε ότι υπάρχουν δύο κενά στον κόσμο, το ψευδές και το αληθινό "Σύντομα όλα τα ψέματα θα γίνουν αληθινά και όλα θα τελειώσουν."
Φυσικά, αυτό είναι πλήρης ανοησία και δεν υπάρχει λόγος να φοβόμαστε ότι ο Αρμαγεδδών αναβάλλεται επ' αόριστον. Αλλά θα ήθελα να σας πω τι είναι το ψευδές κενό και γιατί δεν πρέπει να το φοβάστε. Κατά παράδοση θα το κάνω αυτό στα δάχτυλά σας™.
Η ιδέα είναι αρκετά παλιά, παρεμπιπτόντως, και ο Χόκινγκ δεν το σκέφτηκε. Κυκλοφορεί στους επιστημονικούς κύκλους από τη δεκαετία του '70 του περασμένου αιώνα. Και ο Χόκινγκ φαίνεται να έχει βρει μια άλλη έξυπνη λύση σε αυτό προς το παρόν εντελώς θεωρητικόέννοιες. Για να καταλάβουμε τι είναι ψευδές κενό, πρώτα πρέπει να καταλάβετε τι είναι αληθινό, πραγματικό κενό.
Με την ίδια την έννοια της λέξης «κενό» φαίνεται να είναι πλήρες, απόλυτο κενό. Αλλά έχουμε κενό, ας πούμε, διάφορους βαθμούς φρεσκάδας, ας περάσουμε από το καθένα.
Κοιτάξτε το δωμάτιο από την εικόνα στην ανάρτηση, συνήθως αν δεν υπάρχουν άτομα στο δωμάτιο λέγεται ότι είναι άδειο. Αλλά εκτός από ανθρώπους, μπορεί να υπάρχουν ένα σωρό διαφορετικά αντικείμενα στο δωμάτιο, καρέκλες, καναπέδες, ντουλάπια, χαλιά στους τοίχους (αλλά θα πρέπει να είναι στο πάτωμα!) και ούτω καθεξής.
Θα αφαιρέσουμε όλα τα αντικείμενα από το δωμάτιο και απολύτως τα πάντα - θα στρίψουμε τις υποδοχές από τους τοίχους, θα σκίσουμε τις σανίδες βάσης, θα αφαιρέσουμε το laminate, θα τραβήξουμε τα περβάζια των παραθύρων. Τώρα το δωμάτιο είναι εντελώς άδειο. Είναι όμως αυτό ένα κενό; Είναι γεμάτη αέρα! Παρεμπιπτόντως, ένα κυβικό μέτρο αέρα στο επίπεδο της θάλασσας ζυγίζει περίπου ένα κιλό και ένα κυβικό μέτρο νερού ζυγίζει ακριβώς έναν τόνο. Αυτό σημαίνει ότι σε ένα τυπικό δωμάτιο 3x5 μέτρων υπάρχει λίγο λιγότερο από 40 κιλά αέρα, λαμβάνοντας υπόψη τις τυπικές οροφές Χρουστσόφ.
Αφαίρεσαν όμως και τον αέρα, δηλ. όλα τα μόρια, όλη η ουσία που ήταν μέσα, τώρα έχουμε κενό; Όχι, υπάρχουν ακόμα πολλά χωράφια εκεί! Εάν υπάρχει φως στο δωμάτιο (κακό, ξέχασες να βάλεις τη λάμπα μακριά!), τότε φωτόνια φωτός πετούν πέρα δώθε γύρω από το δωμάτιο. Εάν κάποιος έχει εγκαταστήσει ένα σημείο πρόσβασης Wi-Fi δίπλα στον τοίχο, το Wi-Fi στέλνει επίσης τα ηλεκτρικά του κύματα στο δωμάτιο. Επιπλέον, το κυψελοειδές δίκτυο λαμβάνεται από τον πλησιέστερο πύργο, καθώς ολόκληρο το δωμάτιο είναι διαποτισμένο από ραδιοφωνικές και τηλεοπτικές συχνότητες, και εξακολουθώ να σιωπώ ότι στο νεφέλωμα από τον αστερισμό του Ηρακλή εξερράγη ένα σουπερνόβα και πλημμύρισε ολόκληρο το δωμάτιό μας, και τι δωμάτιο υπάρχει, ολόκληρη η Γη με ακτινοβολία γάμμα. Θα αφαιρέσουμε όλη την πιθανή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από το δωμάτιο και θα το θωρακίσουμε πλήρως. Παρόλα αυτά, το δωμάτιο είναι γεμάτο κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων υποβάθρου (καλή τύχη να το αφαιρέσετε!) και τρυπιέται από τρισεκατομμύρια νετρίνα για κάθε κυβικό χιλιοστό όγκου. Α-α-α-α!!!
Εν ολίγοις, πιασθήκαμε και αφαιρέσαμε τα πάντα, τα πάντα, ό,τι ήταν δυνατό από το δωμάτιο. Το περιφράξανε από τα πάντα και για να το προστατέψουν από τα νετρίνα έχτισαν μολυβένια τείχη πάχους 2-3 ετών φωτός ολόγυρα. Μόλις τώρα αρχίσαμε να προσεγγίζουμε την έννοια του απόλυτου κενού. Αυτό φυσικά δεν συμβαίνει στη φύση. Αλλά πολύ, πολύ μακριά από τους γαλαξίες, στα κενά του διαστήματος, μπορείτε να βρείτε κάτι παρόμοιο, αν και ακόμα δεν μπορείτε να ξεφύγετε από την κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων υποβάθρου. Αλλά ακόμα κι εκεί, τότε θα γλιστρήσει ένα αδέσποτο πρωτόνιο, μετά ένα νετρίνο, και μετά θα πετάξουν μέσα μερικά φωτόνια από κάποιον κοντινό γαλαξία.
Έτσι, αφαιρέσαμε τα πάντα, απολύτως ό,τι ήταν δυνατό από το δωμάτιο, καθαρίσαμε απόλυτα, φρέσκο, παγωμένοθερμοκρασία κενού 0 Kelvin (γιατί δεν υπάρχει ύλη, δεν υπάρχουν πεδία - δεν υπάρχει θερμοκρασία) και αναρωτήθηκα ποια ήταν η ενέργεια που περιείχε ο όγκος αυτού του δωματίου. Η λογική απάντηση θα ήταν ακριβώς μηδέν, και μετά αμέσως - ναι!
Το γεγονός είναι ότι υπάρχουν πράγματα που μπορούμε να αφαιρέσουμε από το δωμάτιο (κενό), αλλά υπάρχουν πράγματα που δεν μπορούν να αφαιρεθούν από εκεί. Θεμελιωδώς.
Πρώτον, αυτές είναι οι λεγόμενες κβαντικές διακυμάνσεις κενού. Θα χρειαζόταν πολύς χρόνος για να εξηγήσω λεπτομερώς τι είναι αυτό, στα δάχτυλά σας™μπορούμε να πούμε ότι ακόμη και σε ένα απολύτως κενό κενό σε κβαντικό επίπεδο, κάποιο είδος κίνησης συμβαίνει συνεχώς. Το κενό βράζει σε κβαντικό επίπεδο αμέτρητα εικονικά σωματίδια γεννιούνται και εξαφανίζονται σε αυτό χωρίς διακοπή, είτε πηδώντας από τη θάλασσα του Ντιράκ είτε βουτήξτε πίσω. Είναι αδύνατο να προστατευτείτε από τις διακυμάνσεις του κενού, αυτό είναι μια ιδιότητα του ίδιου του κενού.
Δεύτερον, συνέβη ότι στο κενό κάποιος χύθηκε σκοτεινή ενέργεια. Αυτός είναι αυτός που ευθύνεται για την επιταχυνόμενη απώθηση των γαλαξιών. Δεν έχουμε ιδέα τι είδους ενέργεια είναι αυτή, πιστεύαμε ότι αυτές ήταν διακυμάνσεις κενού, αλλά μετά υπολογίσαμε - όχι, δεν είναι. Και κάτι άλλο. Η «σκοτεινή ενέργεια» είναι απλώς ένα όνομα. Ίσως δεν είναι καθόλου σκοτάδι, ίσως ούτε καν ενέργεια. Αλλά υπάρχει, δεν μπορεί να μην υπάρχει. Γι' αυτό θεωρείται απλώς μια άλλη ιδιότητα του ίδιου του κενού, όπως οι διακυμάνσεις του κενού, αλλά κάπως διαφορετική.
Τρίτον, το μποζόνιο Higgs που ανακαλύφθηκε πρόσφατα. Η έννοια αυτού του μποζονίου είναι ότι ένα συγκεκριμένο πεδίο Higgs εκτείνεται σε όλο το Σύμπαν, του οποίου αυτό το μποζόνιο είναι ένα κβάντο. Αυτό το πεδίο, πάλι, είναι παντού και παντού, δεν μπορείς να κρυφτείς από αυτό (σύμφωνα με τις σύγχρονες επιστημονικές αντιλήψεις), που σημαίνει ότι ακόμη και στο πιο κενό κενό είναι αναγκαστικά παρόν.
Τέταρτον, άλλοι καθολικά πεδίαή τακτικά σκοτεινά χάλια, για το οποίο ακόμα δεν γνωρίζουμε και δεν γνωρίζουμε.
Όλα αυτά μας λένε ότι ακόμη και το πιο άδειο κυβικό μέτρο κενού εξακολουθεί να περιέχει κάποια ενέργεια (τουλάχιστον το άθροισμα αυτών που έχουν ήδη αναφερθεί), δηλ. μπορούμε να πούμε, έστω και πολύ μεταφορικά, ότι ένα κυβικό μέτρο κενού ζυγίζει κάτι, γιατί αν έχει ενέργεια, τότε είναι emcequadrat!
Γιατί σήμερα στην επιστήμη γίνεται επίσημα αποδεκτό ότι το απόλυτο κενό δεν είναι κάτι «απόλυτα κενό», αλλά κάτι που έχει, κατ' αρχήν, ελάχιστη δυνατή ενεργειακή αξία. Εάν σχεδιάσετε ένα ενεργειακό γράφημα, θα λάβετε αυτό το squiggle:
Από την εικόνα, αρκετά πράγματα είναι αμέσως ορατά και κατανοητά (γι' αυτό το ανέφερα).
Το κενό μας βρίσκεται στο χαμηλότερο κόκκινο σημείο του γραφήματος, η ενεργειακή τιμή εκεί είναι ελάχιστη, αλλά δεν είναι μηδενική. Το γράφημα δεν αγγίζει τον μηδενικό άξονα, αλλά βρίσκεται λίγο πιο πάνω από αυτόν.
Και αμέσως όλες οι ιδέες από τη σειρά παραμερίζονται - "αφού η ενέργεια του κενού δεν είναι μηδενική, είναι δυνατόν να το θέσουμε με κάποιο τρόπο σε δράση, ας πούμε, να χτίσουμε κάποιο είδος πονηρού σταθμού παραγωγής ενέργειας που λειτουργεί στο κενό;" Είναι προφανές ότι είναι αδύνατο. Αν βάλετε μια μπάλα σε μια τρύπα, ό,τι κι αν την κάνετε, θα επιστρέψει στο χαμηλότερο σημείο της. Εκείνοι. για να φτιάξετε κάποιο είδος «κινητήρα που χρησιμοποιεί ενέργεια κενού», πρέπει να πάρετε αυτήν την ενέργεια από το κενό και να τη δώσετε στον κινητήρα, αλλά αυτό είναι αδύνατο να γίνει, η ενέργεια ενός κενού είναι στο ελάχιστο.
Τώρα ας προχωρήσουμε στο ψευδές κενό. Μόλις οι επιστήμονες μάντευαν την εικόνα που έδωσα παραπάνω, προέκυψε αμέσως μια υποψία: τι θα συμβεί αν αυτό όχι ολόκληρη η εικόνα, αλλά μόνο ένα μέρος του; Ξαφνικά, αν κάνουμε δύο βήματα μακριά από αυτό, θα ανοίξει μια ευρύτερη προοπτική και η πλήρης εικόνα θα μοιάζει στην πραγματικότητα ως εξής:
Εκείνοι. αυτό που ονομάζουμε το πραγματικό μας κενό είναι μόνο ένα από τα κοιλώματα (Κενό Α). Όταν το πραγματικό, πραγματικό πραγματικό κενό βρίσκεται ακόμη χαμηλότερα (Κενό Β). Ίσως σε αυτό το κενό η ένταση του πεδίου Higgs να είναι χαμηλότερη ή να υπάρχει λιγότερη σκοτεινή ενέργεια ή κάτι άλλο. Σε αυτήν την περίπτωση, αυτό που έχουμε στο Σύμπαν μας δεν είναι ένα αληθινό, αλλά ένα ψευδές κενό. Λοιπόν, ψεύτικο και ψεύτικο. Για εμάς δεν υπάρχει μεγάλη διαφορά, μπορούμε να ζήσουμε όλη μας τη ζωή σε αυτό το ψεύτικο κενό και να μην δίνουμε δεκάρα. Και δεν ξέρω καν ότι αυτός Οντωςψεύτικο, αλλά υπάρχει κάπου πολύ πιο αληθινό.
Αλλά υπάρχει πάντα μια πιθανότητα αυτό το freebie να τελειώσει ξαφνικά απότομα. Η φύση προσπαθεί πάντα για μια ελάχιστη ενέργεια. Δεν μπορεί να μεταπηδήσει μόνη της από ένα ψεύτικο κενό σε ένα αληθινό (από μια μικρή τρύπα σε μια μεγαλύτερη, οι τοίχοι δεν της το επιτρέπουν και την παρεμβαίνουν).
Τι γίνεται όμως αν «σπρώξετε την μπάλα πιο δυνατά»; Τι θα συμβεί αν χτυπήσετε ένα κενό με τέτοια ενέργεια που πηδήξει και πέσει στην κατάσταση ενός άλλου κενού, πιο αληθινού; Παρεμπιπτόντως, αυτό μπορεί επίσης να αποδειχθεί ψευδές, δίπλα στο οποίο θα βρίσκεται ήδη αληθήςαλήθεια, αλλά για εμάς αυτό δεν είναι σημαντικό. Είναι σημαντικό για εμάς να συμβούν κάποιες ανοησίες και το κενό μας να μεταπηδήσει από το κράτος μας στο γειτονικό, «κάτω».
Θα πω αμέσως ότι θα είναι χειριστός. Και σε όλους και σε όλα. Ένα καλό μη φανταστικό άρθρο δεν θα ήταν πλήρες χωρίς λίγο Αρμαγεδδώνα στο τέλος. Και τότε έρχεται το τέλος του κόσμου για όλους και είναι ολοκληρωτικό. Οι ιδιότητες όλων των άλλων σωματιδίων και πεδίων που βρίσκονται σε αυτό εξαρτώνται από τις ιδιότητες του κενού. Όλα τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια μας, από τα οποία είμαστε φτιαγμένοι, θα αλλάξουν αμέσως τις ιδιότητές τους, θα έχουν διαφορετικά φορτία, ή κάποιου είδους σπιν, ή κάποια άλλη τρελή χάλια. Και αυτό σημαίνει ότι όλα τα άτομα θα πέσουν αμέσως σε κομμάτια, ή θα εξατμιστούν, ή θα εκμηδενιστούν, τα αστέρια θα εκραγούν ή θα σβήσουν, ή... με λίγα λόγια, όλα μπορούν να συμβούν, και σύμφωνα με το νόμο των πιθανοτήτων, κάτι κακό είναι σίγουρο συμβαίνω. Η πιθανότητα να παραμείνουν όλα όπως πριν είναι ελάχιστη, γιατί αν απλώς τροποποιήσετε ελαφρώς κάποια από τις σταθερές του υπάρχοντος Σύμπαντος, όλα καταρρέουν αμέσως. Είναι, φυσικά, ότι ένα άλλο Σύμπαν χτίζεται ακριβώς εκεί στη θέση του, αλλά εμείς, ως ζωντανοί οργανισμοί που αποτελούνται από συγκεκριμένες ενώσεις χημικών μορίων, δεν θα είμαστε καθόλου ευχαριστημένοι με αυτή την αλλαγή.
Δεν μπορώ να αντισταθώ στην ευχαρίστηση να περιγράψω πώς θα γίνουν όλα. Πρώτον, ένα κομμάτι («σωματίδιο», «άτομο», ας πούμε έτσι) του κενού θα μεταπηδήσει από μια ψευδή κατάσταση σε μια αληθινή, ή τουλάχιστον σε μια χαμηλότερη. Και θα τραβήξει αμέσως όλους τους γείτονές του «μαζί του». Οι υπολογισμοί εκεί δεν είναι πολύ απλοί, αλλά οι ζοφερές ιδιοφυΐες έχουν ήδη υπολογίσει ότι ένα κομμάτι δεν θα τα βγάλει πέρα - θα συμπαρασύρει τους πάντες μαζί του. Θα ρέει σαν νερό μέσω ενός σωλήνα από το πάνω δοχείο στο κάτω, επιστημονικά μιλώντας: η κλίση θα κατευθύνεται προς το κατώτερο ελάχιστο. Γύρω από το σημείο του αρχικού άλματος, μια μπάλα ενός άλλου χώρου, ενός άλλου κενού, θα αρχίσει στην πραγματικότητα να φουσκώνει με την ταχύτητα του φωτός. Ό,τι αγγίζει η μπάλα, απορροφά αμέσως, μετατρέποντας σε σκόνη και ατμό στοιχειωδών σωματιδίων, ή γίνεται βαρύ σε μόλυβδο και περιορίζεται από την πλήρη ακινησία, ή αναφλέγεται σε ένα εκατομμύριο βαθμούς, ή ακόμα και όλα τα άτομα, όλη η ύλη σε μια στιγμή μετατρέπεται σε ρέμα καθαρό-ακτινοβόλοςενέργειας και διασκορπίζεται προς όλες τις κατευθύνσεις με την ταχύτητα του φωτός. Εδώ είναι αδύνατο να πούμε εκ των προτέρων, οτιδήποτε μπορεί να συμβεί, αλλά προφανώς δεν παραμένει το ίδιο. Δεδομένου ότι τα όρια της μπάλας αποχωρίζονται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός, είναι αδύνατο να δούμε εκ των προτέρων και να προειδοποιηθείτε για την καταστροφή. Πληροφορίες ότι μια θανατηφόρα μπάλα ορμάει προς το μέρος σας άλλο κενόαπλώνεται σχεδόν με την ίδια ταχύτητα που φουσκώνει το ίδιο το μπαλόνι. Απλώς ζεις τη ζωή σου, τσακίζεις ένα γαλλικό ρολό, σκας στα σχόλια ή τρέχεις μακριά από τις άγριες μέλισσες της Μοζαμβίκης και μετά - μπαμ! Τα πάντα γύρω έχουν εξαφανιστεί, συμπεριλαμβανομένου και εσένα. Δεν θα πονέσει, δεν θα είναι τρομακτικό, απλά σε μια στιγμή ο κόσμος μας θα τελειώσει και αυτό είναι. Και το κύμα θα πάει παραπέρα, απορροφώντας την Κασσιόπη, το νεφέλωμα της Ανδρομέδας, το τριγωνικό υπερσμήνος... Θα είναι ένα πολύ βαρετό τέλος του κόσμου, και κανείς δεν θα μπορεί να το προβλέψει, να προειδοποιήσει, ούτε καν να το νιώσει. Σκεφτείτε ότι τα φώτα στο Σύμπαν έχουν απλώς σβήσει.
Από πού μπορεί να ξεκινήσει ένας τέτοιος Αρμογεδιανός; Υπάρχουν δύο επιλογές. Ή κάτι θα σπρώξει τη «μπάλα κενού» τόσο ψηλά που θα πηδήξει πάνω από το φράγμα που χωρίζει διαφορετικές καταστάσεις κενού. Οι υπολογισμοί εδώ είναι όλοι καθαρά υποθετικοί, φυσικά. Ο Βον Χόκινγκ γέννησε, γέννησε και γέννησε, ότι ένα τέτοιο κόλπο υποτίθεται ότι θα απαιτούσε ενέργεια της τάξης των 100 δισεκατομμυρίων GeV ή 100 εκατομμυρίων TeV. Πώς το έκανε - κανείς δεν ξέρει. Το πιθανότερο είναι ότι ο Χόκινγκ έπαιξε με παγκόσμιες σταθερές, μοίρασε κάτι κάπου, πολλαπλασίασε, πήρε τη ρίζα και έδωσε την απάντηση. Λοιπόν, όπως, με τέτοια ενέργεια, θα έπρεπε να γεννηθεί κάποιο πονηρό μποζόνιο Higgs, το οποίο από το συνηθισμένο πεδίο Higgs θα δημιουργήσει ένα άλλο πεδίο Higgs, με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Και αυτό σημαίνει διαφορετική πυκνότητα ενέργειας κενού, και μετά όλα ακολουθούν το σενάριο που περιέγραψα παραπάνω.
Το αν ο Χόκινγκ καταδιώκει ή όχι, κανείς δεν ξέρει. Έκανε κάποιους υπολογισμούς και μας έδωσε το αποτέλεσμα. Όλα τα μέσα μαζικής ενημέρωσης σάλπισαν αμέσως - "Ο Χόκινγκ προέβλεψε το τέλος του κόσμου, είναι προγραμματισμένο για την επόμενη Παρασκευή!" Κάποιος έχει ήδη υπολογίσει το μέγεθος του επιταχυντή που χρειάζεται για να επιτευχθούν τέτοιες ενέργειες θα πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερο από τον πλανήτη Γη. Αλλά εδώ είναι το θέμα.
Θυμάστε, πριν από την εκτόξευση του LHC, υπήρχε υστερία στον κόσμο (περισσότερο, φυσικά, στον Τύπο) ότι οι συγκρούσεις στον επιταχυντή θα δημιουργούσαν μια τρομερή μαύρη τρύπα που θα μας έτρωγε όλους; Εάν δεν γνωρίζετε, την ενέργεια σύγκρουσης του LHC, μπορείτε να την αναζητήσετε στη Wikipedia - 14 TeV (14x10 12 ηλεκτρον βολτ). Και οι λεγόμενες «κοσμικές ακτίνες» πέφτουν περιοδικά βροχή στη Γη απευθείας πάνω από το κεφάλι μας, όπου ορισμένα σωματίδια φτάνουν σε ενέργειες εκατομμύρια φορές υψηλότερες από τέτοιες ενέργειες. Είναι άγνωστο από πού προέρχονται αυτά τα σωματίδια. Ακόμα χειρότερα, δεν θα έπρεπε να υπάρχουν καθόλου. Υπάρχει το λεγόμενο όριο GZK (όριο Greisen-Zatsepin-Kuzmin μετά τα ονόματα των επιστημόνων που το ανακάλυψαν). Λέει ότι ένα σωματίδιο με ενέργεια μεγαλύτερη από 50 EeV (εξαηλεκτρονβολτ, 5x10 19) δεν μπορεί να φτάσει στη Γη. Όλα τα σωματίδια υψηλότερης ενέργειας πρέπει κυριολεκτικά "επιβράδυνση της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου μικροκυμάτων"και να μην φτάσει στη Γη. Έλα όμως που πετούν, και με πολύ υψηλότερες ενέργειες. Αυτό είναι ακόμα ένα άλυτο μυστήριο της επιστήμης, από πού προέρχονται και πώς φτάνουν σε εμάς, εξ ου και το ομώνυμο παράδοξο.
Άρα, αυτά τα σωματίδια υπάρχουν, πετούν προς εμάς και απελευθερώνουν πολύ μεγαλύτερες τάξεις ενέργειας από ό,τι μπορούν να φανταστούν οι αξιοθρήνητοι άνθρωποι με όλες τις δεξαμενές και τα συγχρονοφάστρά τους. Και τίποτα, μαύρες τρύπες δεν σχηματίζονται, το Σύμπαν δεν πεθαίνει. Επομένως, είναι πολύ νωρίς για να ανησυχούμε για αυτό, πιθανότατα δεν πρέπει να φοβόμαστε κανένα πονηρό μποζόνιο.
Αλλά υπάρχει μια άλλη επιλογή για ένα κενό να μεταπηδήσει από μια ψευδή κατάσταση σε μια αληθινή. Αυθόρμητος. Δεν εξαρτάται από τίποτα, από κανένα σωματίδιο, ενέργεια ή σύγκρουση. Καθαρά λόγω των νόμων της κβαντικής μηχανικής. Σε αυτή τη μηχανική, υπάρχει ένα λεγόμενο φαινόμενο σήραγγας, όταν κάποιο σωματίδιο μπορεί εντελώς τυχαία να «πηδήξει πάνω από ένα πιθανό βουνό» και να καταλήξει πίσω από αυτό, με την κυριολεκτική έννοια - σαν να περπατάς μέσα από ένα τούνελμέσω και απευθείας. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν πρόκειται για κάποιο αστείο περιστατικό θεωρίας, ενδιαφέρον μόνο με τη μορφή μιας πονηρής φόρμουλας σε χαρτί. Όλοι μας, αυτή τη στιγμή, χρησιμοποιούμε αυτό το εφέ στα ηλεκτρονικά μας, για παράδειγμα, στον υπολογιστή ή το tablet με το οποίο διαβάζετε την τρέχουσα ανάρτηση, υπάρχει επίσης πιθανώς μια δίοδος σήραγγας, τρανζίστορ ή κάποιο άλλο δύσκολο μικροκύκλωμα που χρησιμοποιεί απευθείας αυτό κβαντομηχανική επίδραση για το άμεσο όφελος του (τ.ε. μας).
Έτσι, σε μια κατάσταση με ψεύτικο κενό, μπορεί να συμβεί κάποιο κάθαρμα να πηδήξει πάνω από το βουνό χωρίς λόγο. Και θα σύρει μαζί του και το υπόλοιπο σύμπαν. Οι πιθανότητες για ένα τέτοιο αποτέλεσμα είναι πολύ, πολύ μικρές (στην κβαντομηχανική, γενικά, όλα μπορούν να συμβούν, αλλά με μια συγκεκριμένη πιθανότητα σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση). Οι κίνδυνοι εδώ είναι γενικά ανυπολόγιστα μικροί ο αριθμός των μηδενικών μετά την υποδιαστολή στην πιθανότητα ενός τέτοιου γεγονότος δεν θα ταίριαζε σε κανέναν γαλαξία, ακόμη και αν εκτυπώνονταν με μικρά γράμματα απευθείας στο κενό. Ωστόσο, το Σύμπαν είναι επίσης αρκετά μεγάλο (ίσως άπειρο). Ποιος ξέρει, ίσως κάπου να έχει ήδη συμβεί αυτό το άλμα μετάβασης και ένα άλλο Σύμπαν να κινείται προς το μέρος μας με το σπαθί της Νέμεσις με την ταχύτητα του φωτός, με νέο, βελτιωμένο(αλλά, δυστυχώς, όχι για εμάς) από τους νόμους της φυσικής.
Από την άλλη πλευρά, αν αυτή η μπάλα προήλθε ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά, δεν υπάρχει λόγος ανησυχίας. Θα μείνουν ένα δισεκατομμύριο (ή πέντε, ή δέκα, ποιος ξέρει) χρόνια. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, σίγουρα θα συμβούν πολλά περισσότερα ενδιαφέροντα και θανατηφόρα γεγονότα και κατακλυσμοί, ο ανθρώπινος πολιτισμός θα έχει την ευκαιρία να καταστραφεί εκατό φορές περισσότερο - αξίζει να φοβάστε την 101η, η οποία είναι επίσης στιγμιαία και ανώδυνη;
Πολύ συχνά, όταν μιλούν για το διάστημα, οι άνθρωποι φαντάζονται μια εικόνα όπου ουράνια αντικείμενα «κρέμονται» σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον, το οποίο σε διαφορετικούς χρόνους, ανάλογα με τις επιστημονικές έννοιες σε ένα δεδομένο στάδιο γνώσης, ονομαζόταν αιθέρας, κενό ή κενό. Στον 21ο αιώνα, οι επιστήμονες ταξινομούν αυτό το διαστημικό περιβάλλον σε τύπους και υποτύπους: απόλυτο κενό, τεχνικό κενό, φυσικό, κοσμικό και μια ολόκληρη ομάδα ψευδών κενού.
Γενικά τι είναι το κενό; Γιατί υπάρχουν τόσα πολλά από αυτά και πώς να τα ξεχωρίσετε; Ένας απλός ορισμός του κενού ακούγεται επίσης απλός στην κατανόηση: «Το κενό είναι ένα περιβάλλον με χαμηλή πίεση, πολύ διαφορετικό από την ατμοσφαιρική πίεση». Το μυστικό βρίσκεται στη λέξη «δυνατός». Και οι μηχανικοί και οι επιστήμονες θα στραφούν αμέσως στους αριθμούς. Έτσι, η πίεση της ουσίας σε περιβάλλον κενού (στα τοιχώματα του σκάφους από το οποίο αντλήθηκε ο αέρας) θα πρέπει να είναι μικρότερη από μία ατμόσφαιρα ή ~101,35 kPa (kiloPascals) στο επίπεδο της θάλασσας. Ένας στοχαστικός αναγνώστης θα ρωτήσει αμέσως: ποια πίεση σε έναν θάλαμο κενού καθορίζει το κενό;
Όντας στη Μητέρα Γη, αγαπητέ αναγνώστη, ας ξεκινήσουμε την εκδρομή μας στον κόσμο των κενού από εργοστάσια και ερευνητικά εργαστήρια. Σήμερα, το πιο δημοφιλές κενό στις επιχειρήσεις είναι το Τεχνικό Κενό. Χρειάζεται σε εργοστάσια ηλεκτρονικού εξοπλισμού και φαρμακευτικά εργοστάσια, ιατρικά και βιοτεχνολογικά ινστιτούτα, ραδιοβιολογικά και περιβαλλοντικά εργαστήρια, καθώς και στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων σε δακτυλίους επιτάχυνσης. Χωρίζεται σε διάφορους υποτύπους: χαμηλό κενό ή προκενό, υψηλό και εξαιρετικά υψηλό (ή βαθύ) κενό.
Το forevacuum περιέχει δέκα έως δέκατα μόρια ισχύος σε ένα κυβικό εκατοστό. Το υψηλό κενό περιέχει 100.000 φορές λιγότερα μόρια ανά κυβικό εκατοστό από το προκενό. Και το εξαιρετικά υψηλό κενό είναι άλλες 10.000 φορές λιγότερο από το υψηλό κενό. Είναι καλό για ηλεκτρονικά μικροσκόπια. Το Τεχνικό Κενό μπορεί να θεωρηθεί ως μια ειδική κατάσταση ενός σχεδόν άδειου περιβάλλοντος. Λόγω των ιδιοτήτων του -δεν μεταφέρει θερμότητα- χρησιμοποιείται σε δοχεία Dewar, όπου, για παράδειγμα, αποθηκεύεται και μεταφέρεται υγρό άζωτο.
https://authortoday-a.akamaihd.net/posts/1271/attachments/5064720bc7094e8ba4cd7e47fced49a9.jpg
Τώρα ας περάσουμε στον κόσμο του Φυσικού Κενού. Αυτός ο όρος αναφέρεται σε ένα χώρο στον οποίο δεν υπάρχουν απολύτως πραγματικά σωματίδια ατομικής ύλης. Αλλά... Το Φυσικό Κενό δεν είναι κενό - είναι γεμάτο με ένα ορισμένο ενεργειακό πεδίο στη χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση και οι φυσικοί το αποκαλούν με τον όρο «κβαντισμένο πεδίο». Έχει μηδενική ορμή, μηδενική γωνιακή ορμή και πολλά άλλα μηδενικά χαρακτηριστικά, σημαντικά, για παράδειγμα, για ερευνητές που εργάζονται στον τομέα της φυσικής υψηλής ενέργειας σε επιταχυντές (LHC, Tevatron κ.λπ.). Στον ενεργειακό ζωμό του Φυσικού Κενού γεννιούνται και εξαφανίζονται συνεχώς εξωπραγματικά, εικονικά σωματίδια. Αυτές οι διαδικασίες ονομάζονται ταλαντώσεις μηδενικού σημείου της ενεργειακής κατάστασης του κενού. Σε αυτή την περίπτωση, δεν μιλάμε για την πυκνότητα της ύλης, αλλά για την ενεργειακή πυκνότητα στο κενό.
Όταν συζητάμε για το Φυσικό Κενό, οι ειδικοί προσπαθούν να κατανοήσουν τέτοια ασυνήθιστα φαινόμενα όπως οι καταστάσεις κενού, που ονομάζονται ψευδή κενά. Φυσικά, αυτή η ερώτηση ενδιαφέρει περισσότερο τους επιστήμονες παρά, ας πούμε, τους κηπουρούς. Οι προαναφερθείσες μηδενικές ταλαντώσεις του Φυσικού Κενού μερικές φορές δημιουργούν, σαν να λέγαμε, πρόσθετα κενά με ελαφρώς μεγαλύτερη ενέργεια από το μηδέν. Όμως το False Vacuum υπάρχει για πολύ μικρό χρονικό διάστημα (σε περιορισμένο τοπικό χώρο) και δεν είναι ικανό να παράγει πραγματικά σωματίδια. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, αυτή η ενεργειακή φούσκα στο ζωμό άλλων ενεργειών «καταρρέει» σε πραγματικό κενό.
Λοιπόν, αγαπητοί αναγνώστες και περιηγητές, ας μετακομίσουμε σε έναν άλλο κόσμο και επιτέλους ας εξοικειωθούμε με το Κοσμικό Κενό. Αυτή η εκπληκτική κατάσταση της ύλης ανησυχεί πολλούς σήμερα: από αστρονόμους, κοσμολόγους και φυσικούς, μέχρι αστροναύτες, διαστημικούς τουρίστες, σχεδιαστές διαστημικών σκαφών και συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας. Το Κοσμικό Κενό, αν και κοντά στο Φυσικό Κενό, δεν είναι απόλυτο ή απολύτως κενό, με την έννοια ότι είναι γεμάτο με ύλη και ενέργεια. Η κύρια πλήρωση του Κοσμικού Κενού είναι τα ενεργειακά πεδία, οι κοσμικές ακτίνες, το πλάσμα, τα ραδιοκύματα, τα φωτόνια (γάμα κβάντα) του οπτικού και μη οπτικού φάσματος (θερμικές και ακτίνες Χ). Δεν επικεντρώνομαι στη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια, αν και ούτε αυτό πρέπει να ξεχαστεί.
Στο βαθύ διάστημα, παραμένει εξαιρετικά λίγη αληθινή ύλη (μόρια ή άτομα): από 1000 (στην καλύτερη περίπτωση) έως 1 τεμάχιο σε 1 κυβικό εκατοστό. Ας θυμηθούμε ότι η μέση ακτίνα ενός ατόμου είναι ένα άνγκστρομ ή δέκα μείον την όγδοη δύναμη ενός εκατοστού. Λαμβάνοντας υπόψη το μέγεθος ενός ατόμου σε σύγκριση με την πλευρά αυτού του κύβου, μπορεί κανείς να φανταστεί την αλληλεπίδραση δύο ατόμων ως επικοινωνία δύο κατσαρίδων, εάν η μία ζει στην Ουάσιγκτον και η άλλη στη Μόσχα. Ακόμα κι αν «αλείψετε» χίλια άτομα σε αυτόν τον όγκο, τότε ακόμη και σε τέτοια απόσταση τα άτομα δεν θα μπορούν να μεταφέρουν ενέργεια το ένα στο άλλο ή οι κατσαρίδες θα μπορούν να χαράξουν αμοιβαία τα πρόσωπά τους με τις κεραίες τους.
Φυσικά προκύπτει ένα ερώτημα. Αν όλα τα ουράνια σώματα στο Σύμπαν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, τότε πώς μεταδίδονται τα σήματα στο διάστημα, στο Κοσμικό Κενό; Πρώτα απ 'όλα, ας θυμηθούμε τους τέσσερις κύριους τύπους φυσικής αλληλεπίδρασης: ηλεκτρομαγνητικές, ισχυρές (πυρηνικές), ασθενείς (με χρήση μποζονίων μετρητή) και βαρυτικές αλληλεπιδράσεις και, κατά συνέπεια, πεδία. Εδώ η παροιμία είναι πιο κατάλληλη από ποτέ: κάθε λαχανικό έχει τον χρόνο του, και θα προσθέσουμε: επίσης ένα μέρος. Ας απορρίψουμε τα πεδία μικρής εμβέλειας από την εξέταση και ας δώσουμε προσοχή μόνο στα ηλεκτρομαγνητικά και βαρυτικά πεδία.
Οι ενεργοί γαλαξιακές πυρήνες, που ζουν λόγω ισχυρών διεργασιών, μπορούν περιοδικά να εκρήγνυνται, απελευθερώνοντας κολοσσιαία ενέργεια, μαγνητισμένο πλάσμα, διάφορες ακτινοβολίες στο φάσμα των οπτικών, υπεριωδών, ακτίνων Χ και ραδιοκυμάτων και, φυσικά, στενά κατευθυνόμενους πίδακες αερίου (συνήθως υπάρχουν δύο από αυτούς). Αέρια νέφη από φωτοβολίδες εκτείνονται από το κέντρο της έκρηξης για δεκάδες κιλοπαρσεκ. Η ταχύτητα της ύλης σε ένα ρεύμα αερίου φτάνει μόλις τα 500 km/sec (σε σύγκριση με την ταχύτητα του φωτός) και σταδιακά μειώνεται και η πυκνότητα της ύλης γίνεται συγκρίσιμη με ένα κομμάτι ανά κυβικό εκατοστό.
Η κύρια μάζα των νεφών αερίου και σκόνης και του εκτοξευόμενου πλάσματος παρασύρεται από το ισχυρό βαρυτικό πεδίο του περιστρεφόμενου πυρήνα του ίδιου του γαλαξία και παραμένει στην περιοχή του δίσκου προσαύξησης, χωρίς να εκτείνεται πέρα από 3-4 κιλοπαρσέκα. Αν και οι εκλάμψεις παράγουν κοσμικές γαλαξιακές ακτίνες, οι οποίες έχουν κοσμικές ταχύτητες του γαλαξιακού ανέμου και, ωστόσο, μεταφέρουν μια πολύ σπάνια ποσότητα ύλης. Όλα ταιριάζουν στην έννοια του Κοσμικού Κενού.
Προφανώς, αυτή η ποσότητα ουσίας δεν είναι κατάλληλη για τη μετάδοση συνηθισμένων ηχητικών σημάτων. Επομένως, στο Κοσμικό Κενό υπάρχουν μηχανικά διαμήκη κύματα (ή αλλιώς κύματα πυκνότητας ύλης ή εναλλαγή περιοχών συμπίεσης και αραίωσης), διαφορετικά δεν προκύπτουν ακουστικές δονήσεις ή ήχος. Η μερίδα του λέοντος της εκρηκτικής ενέργειας (~90%) του γαλαξιακού πυρήνα πηγαίνει στην οπτική ακτινοβολία, τις ακτίνες Χ και την εκπομπή ραδιοφώνου, και όχι στην ύλη. Αυτοί οι τύποι σημάτων διαδίδονται στο διάστημα.
https://authortoday-a.akamaihd.net/posts/1271/attachments/33e0d837cce743a49bbf7c7f0205ee8a.jpg
Το Κοσμικό Κενό δεν είναι μόνο λέξεις και αφηρημένοι συλλογισμοί. Σήμερα, σε τροχιακούς σταθμούς, χρησιμοποιείται ενεργά σε εξαιρετικά λεπτές διεργασίες στη διαστημική τεχνολογία: ανάπτυξη υπερκαθαρών κρυστάλλων για ευαίσθητους ανιχνευτές, καθώς και κατασκευή ηλιακών κυττάρων σε λεπτές μεμβράνες.
Αγαπητοί αναγνώστες, δεν έχουμε ακόμη εξετάσει τον κόσμο του κενού του Αϊνστάιν, που είναι απαραίτητος στις γενικές και ειδικές θεωρίες της σχετικότητας. Ωστόσο, αυτή είναι μια εντελώς διαφορετική ιστορία, και θα αφήσουμε τους θεωρητικούς να παίξουν με τις κοσμολογικές εξισώσεις.
χώρος, ενδιαφέρον
«Μπορείς να φτιάξεις κάτι από το τίποτα, θείε;» - «Όχι, φίλε μου, τίποτα δεν θα βγει από το τίποτα».
Shakespeare, "King Lear" (μετάφραση T.L. Shchepkina-Kupernik)
Το κενό είναι κενός χώρος. Συχνά χρησιμοποιείται ως συνώνυμο του "τίποτα". Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ιδέα της ενέργειας κενού φαινόταν τόσο περίεργη όταν την πρότεινε για πρώτη φορά ο Αϊνστάιν. Ωστόσο, υπό την επίδραση της προόδου στη θεωρία των στοιχειωδών σωματιδίων τις τελευταίες τρεις δεκαετίες, η στάση των φυσικών απέναντι στο κενό έχει αλλάξει ριζικά. Η έρευνα στο κενό συνεχίζεται, και όσο περισσότερα μαθαίνουμε γι 'αυτό, τόσο πιο περίπλοκο και εκπληκτικό φαίνεται.
Σύμφωνα με τις σύγχρονες θεωρίες των σωματιδίων, το κενό είναι ένα φυσικό αντικείμενο. μπορεί να φορτιστεί με ενέργεια και μπορεί να βρίσκεται σε διάφορες καταστάσεις. Στην ορολογία των φυσικών, αυτές οι καταστάσεις ονομάζονται διαφορετικά κενά. Οι τύποι των στοιχειωδών σωματιδίων, οι μάζες και οι αλληλεπιδράσεις τους καθορίζονται από το υποκείμενο κενό. Η σχέση μεταξύ σωματιδίων και κενού είναι παρόμοια με αυτή μεταξύ των ηχητικών κυμάτων και του υλικού μέσω του οποίου ταξιδεύουν. Το κενό στο οποίο ζούμε βρίσκεται στη χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση, ονομάζεται «αληθινό κενό». Είναι πιθανό το κενό μας να μην είναι η χαμηλότερη ενέργεια. Η θεωρία χορδών, που είναι σήμερα ο κύριος υποψήφιος για το ρόλο της πιο θεμελιώδους φυσικής θεωρίας, υποθέτει την ύπαρξη κενού με αρνητική ενέργεια. Εάν υπάρχουν πραγματικά, τότε το κενό μας θα διαλυθεί αυθόρμητα με καταστροφικές συνέπειες για όλα τα υλικά αντικείμενα που περιέχονται σε αυτό.
Οι φυσικοί έχουν συγκεντρώσει πλήθος γνώσεων σχετικά με τα σωματίδια που κατοικούν σε αυτό το είδος κενού και τις δυνάμεις που δρουν μεταξύ τους. Η ισχυρή πυρηνική δύναμη, για παράδειγμα, δεσμεύει πρωτόνια και νετρόνια στους ατομικούς πυρήνες, οι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις διατηρούν τα ηλεκτρόνια στις τροχιές τους γύρω από τους πυρήνες και η ασθενής δύναμη είναι υπεύθυνη για τη συμπεριφορά των αόριστων σωματιδίων φωτός που ονομάζονται νετρίνα. Σύμφωνα με τα ονόματά τους, αυτές οι τρεις δυνάμεις έχουν πολύ διαφορετικές δυνάμεις, με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη να πέφτει κάπου μεταξύ ισχυρής και αδύναμης.
Οι ιδιότητες των στοιχειωδών σωματιδίων σε άλλα κενά μπορεί να είναι εντελώς διαφορετικές. Δεν είναι γνωστό πόσα διαφορετικά κενό υπάρχουν, αλλά η σωματιδιακή φυσική προτείνει ότι θα πρέπει πιθανώς να υπάρχουν τουλάχιστον άλλα δύο, με μεγαλύτερη συμμετρία και λιγότερη ποικιλία σωματιδίων και αλληλεπιδράσεων. Το πρώτο από αυτά είναι το λεγόμενο ηλεκτροαδύναμο κενό, στο οποίο οι ηλεκτρομαγνητικές και οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις έχουν ίση δύναμη και εμφανίζονται ως συστατικά μιας συνδυασμένης δύναμης. Τα ηλεκτρόνια σε αυτό το κενό έχουν μηδενική μάζα και δεν διακρίνονται από τα νετρίνα. Κινούνται με την ταχύτητα του φωτός και δεν μπορούν να συγκρατηθούν μέσα στα άτομα. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι δεν ζούμε σε αυτό το είδος κενού.
Το δεύτερο είναι το κενό της Μεγάλης Ενοποίησης, στο οποίο συγχωνεύονται και οι τρεις τύποι αλληλεπιδράσεων μεταξύ των σωματιδίων. Σε αυτή την εξαιρετικά συμμετρική κατάσταση, τα νετρίνα, τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ (τα οποία αποτελούν τα πρωτόνια και τα νετρόνια) γίνονται εναλλάξιμα. Ενώ σχεδόν σίγουρα υπάρχει ένα ηλεκτροαδύναμο κενό, το Grand Unified κενό είναι μια πολύ πιο κερδοσκοπική κατασκευή. Οι θεωρίες των σωματιδίων που προβλέπουν την ύπαρξή τους είναι θεωρητικά ελκυστικές, αλλά περιλαμβάνουν εξαιρετικά υψηλές ενέργειες και τα παρατηρητικά τους στοιχεία είναι λίγα και κυρίως έμμεσα.
Κάθε κυβικό εκατοστό ηλεκτροασθενούς κενού περιέχει κολοσσιαία ενέργεια και - σύμφωνα με τη σχέση του Αϊνστάιν μεταξύ μάζας και ενέργειας - τεράστια μάζα, περίπου δέκα εκατομμύρια τρισεκατομμύρια τόνους (περίπου τη μάζα της Σελήνης). Αντιμέτωποι με τέτοιους τεράστιους αριθμούς, οι φυσικοί μεταβαίνουν σε μια συντομογραφία αριθμών, εκφράζοντας τους σε δυνάμεις του δέκα. Ένα τρισεκατομμύριο είναι ένα ακολουθούμενο από 12 μηδενικά. γράφεται ως 10^12. Δέκα εκατομμύρια τρισεκατομμύρια είναι ένα ακολουθούμενο από 19 μηδενικά. δηλαδή η πυκνότητα μάζας του ηλεκτροασθενούς κενού είναι 10^19 τόνοι ανά κυβικό εκατοστό. Για το κενό της Μεγάλης Ενοποίησης, η πυκνότητα μάζας αποδεικνύεται ακόμη μεγαλύτερη, και τερατωδώς μεγαλύτερη - 10^48 φορές. Περιττό να πούμε ότι αυτό το κενό δεν δημιουργήθηκε ποτέ σε εργαστήριο: αυτό θα απαιτούσε πολύ περισσότερη ενέργεια από ό,τι είναι διαθέσιμη με την τρέχουσα τεχνολογία.
Σε σύγκριση με αυτές τις συγκλονιστικές τιμές, η ενέργεια ενός συνηθισμένου αληθινού κενού είναι αμελητέα. Από καιρό πιστευόταν ότι ήταν ακριβώς μηδέν, αλλά πρόσφατες παρατηρήσεις δείχνουν ότι το κενό μπορεί να έχει μια μικρή θετική ενέργεια, ισοδύναμη με τη μάζα τριών ατόμων υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο. Η σημασία αυτής της ανακάλυψης θα γίνει ξεκάθαρη στα Κεφάλαια 9, 12 και 14. Το κενό υψηλής ενέργειας ονομάζεται «ψευδές κενό» επειδή, σε αντίθεση με το πραγματικό κενό, είναι ασταθές. Μετά από σύντομο χρονικό διάστημα, συνήθως ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου, το ψευδές κενό αποσυντίθεται, μετατρέπεται σε αληθινό και η περίσσεια ενέργειά του απελευθερώνεται με τη μορφή μιας βολίδας στοιχειωδών σωματιδίων. Στα επόμενα κεφάλαια θα εξετάσουμε τη διαδικασία της διάσπασης του κενού με πολύ περισσότερες λεπτομέρειες.
Εάν ένα κενό έχει ενέργεια, τότε, σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, πρέπει να έχει και τάση. Αυτό το συμπέρασμα είναι εύκολο να γίνει κατανοητό από απλές ενεργειακές εκτιμήσεις. Μια δύναμη ενεργεί πάντα σε ένα φυσικό αντικείμενο προς την κατεύθυνση της μείωσης της ενέργειάς του. (Ακριβέστερα, η δυναμική ενέργεια, η οποία είναι το συστατικό της ενέργειας που δεν σχετίζεται με την κίνηση.) Για παράδειγμα, η δύναμη της βαρύτητας έλκει τα αντικείμενα προς τα κάτω, προς την κατεύθυνση της φθίνουσας ενέργειας. (Η βαρυτική ενέργεια αυξάνεται με το ύψος πάνω από το έδαφος.) Για ένα ψευδές κενό, η ενέργεια είναι ανάλογη με τον όγκο που καταλαμβάνει και μπορεί να μειωθεί μόνο με συρρίκνωση του όγκου. Επομένως, πρέπει να υπάρχει μια δύναμη που προκαλεί τη συμπίεση του κενού. Αυτή η δύναμη είναι ένταση.
Αλλά η ένταση δημιουργεί ένα απωθητικό βαρυτικό αποτέλεσμα. Στην περίπτωση του κενού, η απώθηση είναι τρεις φορές ισχυρότερη από τη βαρυτική έλξη που προκαλείται από τη μάζα του, επομένως το σύνολο είναι μια πολύ ισχυρή απώθηση. Ο Αϊνστάιν χρησιμοποίησε αυτή την αντιβαρύτητα του κενού για να εξισορροπήσει τη βαρυτική έλξη της συνηθισμένης ύλης στο μοντέλο σταθερής κατάστασης του κόσμου. Ανακάλυψε ότι η ισορροπία επιτυγχάνεται όταν η πυκνότητα μάζας της ύλης είναι διπλάσια από αυτή του κενού. Ο Guth πρότεινε ένα διαφορετικό σχέδιο: αντί να εξισορροπήσει το Σύμπαν, ήθελε να το διογκώσει. Έτσι, άφησε την αποκρουστική βαρύτητα του ψευδούς κενού να κυριαρχήσει, χωρίς αντίπαλό.
Διαστημικός πληθωρισμός
Ο Άλαν Γκουτ στο γραφείο του στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. Ο Guth είναι ο περήφανος νικητής του διαγωνισμού Boston Globe του 1995 για το πιο ακατάστατο γραφείο.
Τι θα συνέβαινε αν, στο μακρινό παρελθόν, ο χώρος του Σύμπαντος βρισκόταν σε κατάσταση ψευδούς κενού; Εάν η πυκνότητα της ύλης σε εκείνη την εποχή ήταν μικρότερη από αυτή που απαιτείται για να ισορροπήσει το Σύμπαν, τότε η απωθητική βαρύτητα θα κυριαρχούσε. Αυτό θα προκαλούσε διαστολή του σύμπαντος, ακόμα κι αν δεν είχε αρχικά διασταλεί.
Για να κάνουμε τις ιδέες μας πιο συγκεκριμένες, θα υποθέσουμε ότι το Σύμπαν είναι κλειστό. Στη συνέχεια φουσκώνει όπως το μπαλόνι στην εικόνα 3.1. Καθώς ο όγκος του Σύμπαντος αυξάνεται, η ύλη σπανίζεται και η πυκνότητά της μειώνεται. Ωστόσο, η πυκνότητα μάζας του ψευδούς κενού είναι μια σταθερή. παραμένει πάντα το ίδιο. Έτσι πολύ γρήγορα η πυκνότητα της ύλης γίνεται αμελητέα, μένουμε με μια ομοιογενή διαστελλόμενη θάλασσα ψευδούς κενού.
Η διαστολή προκαλείται από την τάση του ψευδούς κενού που υπερβαίνει την έλξη που σχετίζεται με την πυκνότητα της μάζας του. Δεδομένου ότι καμία από αυτές τις ποσότητες δεν αλλάζει με το χρόνο, ο ρυθμός διαστολής παραμένει ακριβώς σταθερός. Αυτός ο ρυθμός χαρακτηρίζεται από την αναλογία με την οποία το Σύμπαν διαστέλλεται ανά μονάδα χρόνου (ας πούμε, ένα δευτερόλεπτο). Στην έννοια, αυτή η τιμή είναι πολύ παρόμοια με το ποσοστό πληθωρισμού στην οικονομία - το ποσοστό αύξησης των τιμών ανά έτος. Το 1980, όταν ο Guth δίδασκε ένα σεμινάριο στο Χάρβαρντ, το ποσοστό πληθωρισμού στις Ηνωμένες Πολιτείες ήταν 14%. Εάν αυτή η τιμή παρέμενε σταθερή, οι τιμές θα διπλασιάζονταν κάθε 5,3 χρόνια. Ομοίως, ένας σταθερός ρυθμός διαστολής του σύμπαντος συνεπάγεται ότι υπάρχει ένα σταθερό χρονικό διάστημα κατά το οποίο το μέγεθος του σύμπαντος διπλασιάζεται.
Η ανάπτυξη που χαρακτηρίζεται από σταθερό χρόνο διπλασιασμού ονομάζεται εκθετική ανάπτυξη. Είναι γνωστό ότι οδηγεί σε γιγαντιαίους αριθμούς πολύ γρήγορα. Αν σήμερα ένα κομμάτι πίτσα κοστίζει 1$, τότε μετά από 10 κύκλους διπλασιασμού (53 χρόνια στο παράδειγμά μας) η τιμή του θα είναι 1024$ και μετά από 330 κύκλους θα φτάσει τα 10^100$. Αυτός ο κολοσσιαίος αριθμός, ένας ακολουθούμενος από 100 μηδενικά, έχει ένα ειδικό όνομα - googol. Ο Guth πρότεινε τη χρήση του όρου πληθωρισμός στην κοσμολογία για να περιγράψει την εκθετική διαστολή του Σύμπαντος.
Ο χρόνος διπλασιασμού για ένα σύμπαν γεμάτο με ψευδές κενό είναι απίστευτα σύντομος. Και όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια του κενού τόσο μικρότερη είναι. Στην περίπτωση ενός ηλεκτροασθενούς κενού, το σύμπαν θα διαστέλλεται κατά ένα googol φορές σε ένα τριάντα του μικροδευτερόλεπτου, και παρουσία ενός Μεγάλου Ενοποιημένου κενού, αυτό θα συμβεί 10^26 φορές πιο γρήγορα. Σε τόσο σύντομο κλάσμα του δευτερολέπτου, μια περιοχή μεγέθους ενός ατόμου θα διογκωθεί σε μέγεθος πολύ μεγαλύτερο από ολόκληρο το παρατηρήσιμο Σύμπαν σήμερα.
Επειδή το ψευδές κενό είναι ασταθές, τελικά αποσυντίθεται και η ενέργειά του πυροδοτεί μια βολίδα σωματιδίων. Αυτό το γεγονός σηματοδοτεί το τέλος του πληθωρισμού και την αρχή της κανονικής κοσμολογικής εξέλιξης. Έτσι, από ένα μικροσκοπικό αρχικό έμβρυο παίρνουμε ένα καυτό, διαστελλόμενο Σύμπαν τεράστιου μεγέθους. Και ως πρόσθετο πλεονέκτημα, αυτό το σενάριο εξαλείφει ως εκ θαύματος τα προβλήματα του ορίζοντα και της επίπεδης γεωμετρίας που είναι εγγενή στην κοσμολογία του Big Bang.
Η ουσία του προβλήματος του ορίζοντα είναι ότι οι αποστάσεις μεταξύ ορισμένων τμημάτων του παρατηρήσιμου Σύμπαντος είναι τέτοιες που προφανώς ήταν πάντα μεγαλύτερες από την απόσταση που διανύει το φως από τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτό προϋποθέτει ότι δεν αλληλεπιδρούσαν ποτέ μεταξύ τους και τότε είναι δύσκολο να εξηγηθεί πώς πέτυχαν σχεδόν ακριβή ισότητα θερμοκρασιών και πυκνοτήτων. Στην τυπική θεωρία του Big Bang, η απόσταση που διανύει το φως αυξάνεται αναλογικά με την ηλικία του σύμπαντος, ενώ η απόσταση μεταξύ των περιοχών αυξάνεται πιο αργά καθώς η κοσμική διαστολή επιβραδύνεται από τη βαρύτητα. Οι περιοχές που δεν μπορούν να αλληλεπιδράσουν σήμερα θα μπορούν να επηρεάσουν η μία την άλλη στο μέλλον, όταν το φως καλύψει τελικά την απόσταση που τις χωρίζει. Αλλά στο παρελθόν, η απόσταση που διανύει το φως γίνεται ακόμη μικρότερη από ό,τι θα έπρεπε, οπότε αν οι περιοχές δεν μπορούν να αλληλεπιδράσουν σήμερα, σίγουρα δεν μπορούσαν να το κάνουν πριν. Η ρίζα του προβλήματος έγκειται επομένως στην ελκυστική φύση της βαρύτητας, η οποία προκαλεί σταδιακή επιβράδυνση της διαστολής.
Ωστόσο, σε ένα σύμπαν με ψευδές κενό, η βαρύτητα είναι απωθητική και αντί να επιβραδύνει τη διαστολή, την επιταχύνει. Σε αυτή την περίπτωση, η κατάσταση αντιστρέφεται: περιοχές που μπορούν να ανταλλάξουν φωτεινά σήματα θα χάσουν αυτή την ικανότητα στο μέλλον. Και, το πιο σημαντικό, εκείνες οι περιοχές που είναι απρόσιτες μεταξύ τους σήμερα πρέπει να έχουν αλληλεπιδράσει στο παρελθόν. Το πρόβλημα του ορίζοντα εξαφανίζεται!
Το πρόβλημα του επίπεδου χώρου λύνεται το ίδιο εύκολα. Αποδεικνύεται ότι το Σύμπαν απομακρύνεται από την κρίσιμη πυκνότητά του μόνο εάν επιβραδυνθεί η διαστολή του. Στην περίπτωση της επιταχυνόμενης πληθωριστικής διαστολής, ισχύει το αντίθετο: το Σύμπαν προσεγγίζει μια κρίσιμη πυκνότητα, πράγμα που σημαίνει ότι γίνεται πιο επίπεδο. Επειδή ο πληθωρισμός επεκτείνει το σύμπαν πάρα πολύ, βλέπουμε μόνο ένα μικροσκοπικό μέρος του. Αυτή η παρατηρήσιμη περιοχή φαίνεται επίπεδη, παρόμοια με τη Γη μας, η οποία φαίνεται επίσης επίπεδη όταν την βλέπουμε από κοντά στην επιφάνεια. Έτσι, μια σύντομη περίοδος πληθωρισμού κάνει το Σύμπαν μεγάλο, ζεστό, ομοιόμορφο και επίπεδο, δημιουργώντας ακριβώς το είδος των αρχικών συνθηκών που απαιτούνται για την τυπική κοσμολογία του Big Bang...
Βαρόμετρο κενού υδραργύρου του Evangelista Torricelli, του επιστήμονα που δημιούργησε για πρώτη φορά ένα κενό στο εργαστήριο. Πάνω από την επιφάνεια του υδραργύρου στο πάνω μέρος του σφραγισμένου σωλήνα υπάρχει ένα "κενό Torricelli" (ένα κενό που περιέχει ατμό υδραργύρου υπό πίεση κορεσμού ... Wikipedia
Το κενό (από το λατινικό vacuum void) είναι ένα μέσο που περιέχει αέριο σε πιέσεις σημαντικά χαμηλότερες από την ατμοσφαιρική. Το κενό χαρακτηρίζεται από τη σχέση μεταξύ της ελεύθερης διαδρομής των μορίων αερίου λ και του χαρακτηριστικού μεγέθους της διαδικασίας d. Κάτω από το δ μπορεί να ληφθεί... ... Wikipedia
Το κενό (από το λατινικό vacuum void) είναι ένα μέσο που περιέχει αέριο σε πιέσεις σημαντικά χαμηλότερες από την ατμοσφαιρική. Το κενό χαρακτηρίζεται από τη σχέση μεταξύ της ελεύθερης διαδρομής των μορίων αερίου λ και του χαρακτηριστικού μεγέθους της διαδικασίας d. Κάτω από το δ μπορεί να ληφθεί... ... Wikipedia
Το κενό (από το λατινικό vacuum void) είναι ένα μέσο που περιέχει αέριο σε πιέσεις σημαντικά χαμηλότερες από την ατμοσφαιρική. Το κενό χαρακτηρίζεται από τη σχέση μεταξύ της ελεύθερης διαδρομής των μορίων αερίου λ και του χαρακτηριστικού μεγέθους της διαδικασίας d. Κάτω από το δ μπορεί να ληφθεί... ... Wikipedia
Το κενό (από το λατινικό vacuum void) είναι ένα μέσο που περιέχει αέριο σε πιέσεις σημαντικά χαμηλότερες από την ατμοσφαιρική. Το κενό χαρακτηρίζεται από τη σχέση μεταξύ της ελεύθερης διαδρομής των μορίων αερίου λ και του χαρακτηριστικού μεγέθους της διαδικασίας d. Κάτω από το δ μπορεί να ληφθεί... ... Wikipedia
Το χειρόγραφο Voynich γράφτηκε χρησιμοποιώντας ένα άγνωστο σύστημα γραφής Voynich Manuscript (αγγλικά Voyni ... Wikipedia
Πληθωρισμός- (πληθωρισμός) Ο πληθωρισμός είναι η υποτίμηση μιας νομισματικής μονάδας, η μείωση της αγοραστικής της δύναμης Γενικές πληροφορίες για τον πληθωρισμό, τα είδη του πληθωρισμού, ποια είναι η οικονομική ουσία, οι αιτίες και οι συνέπειες του πληθωρισμού, οι δείκτες και ο δείκτης πληθωρισμού. ... Εγκυκλοπαίδεια Επενδυτών
I Η ουρήθρα (ουρήθρα, συνώνυμο της ουρήθρας) είναι ο απεκκριτικός πόρος της ουροδόχου κύστης μέσω του οποίου τα ούρα απομακρύνονται από το σώμα προς τα έξω. Ανατομία και ιστολογία Η ουρήθρα (Εικ. 1) αρχίζει στο κάτω μέρος της ουροδόχου κύστης (κύστη)… … Ιατρική εγκυκλοπαίδεια
I Η εχινοκοκκίαση (εχινοκοκκίαση) είναι μια ελμινθίαση από την ομάδα των κυστεδόσεων, στην οποία σχηματίζονται υδάτινες κύστεις στο ήπαρ, στους πνεύμονες ή σε άλλα όργανα και ιστούς. Το E. βρίσκεται συχνότερα στην Αυστραλία, τη Νέα Ζηλανδία, τη Νότια Αμερική, τη Βόρεια... ... Ιατρική εγκυκλοπαίδεια
Το πιο απίστευτο τέλος του κόσμου θα ήταν η καταστροφή του κόσμου ως αποτέλεσμα της κατάρρευσης ενός ψευδούς κενού. Σε αυτή την περίπτωση, όχι μόνο οι άνθρωποι, ο πλανήτης, ο Ήλιος και ο Γαλαξίας, αλλά ολόκληρο το παρατηρήσιμο Σύμπαν θα έπαυαν να υπάρχουν. Οι επιστήμονες έχουν επανειλημμένα φοβίσει την ανθρωπότητα με ένα τέτοιο μέλλον, ιδιαίτερα ο φιλόσοφος Νικ Μπόστρομ, συγγραφέας του έργου «Ζεις σε προσομοίωση υπολογιστή;» Πόσο επικίνδυνο είναι ένα πραγματικό κενό για τη ζωή στη Γη είναι στο υλικό του Lenta.ru.
Το κενό στη θεωρία κβαντικού πεδίου αντιστοιχεί στην κατάσταση του συστήματος με την ελάχιστη δυνατή ενέργεια. Όλες οι φυσικές διεργασίες σε έναν τέτοιο κόσμο συμβαίνουν με ενέργειες που υπερβαίνουν αυτή την τιμή που λαμβάνεται ως μηδέν. Εν τω μεταξύ, είναι πιθανό το Σύμπαν ή το παρατηρήσιμο μέρος του να βρίσκεται σε ένα μετασταθερό, ή ψευδές, κενό. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει μια ακόμη πιο ευνοϊκή ενεργειακή θέση στην οποία μπορεί να εξελιχθεί το Σύμπαν - ένα πραγματικό κενό.
Μια ποσοτική περιγραφή της μετάβασης ενός συστήματος από ένα ψευδές κενό σε ένα αληθινό προτάθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1970 από Σοβιετικούς φυσικούς. Σχεδόν ταυτόχρονα, αυτά τα ερωτήματα τράβηξαν την προσοχή των Αμερικανών επιστημόνων. Μέχρι σήμερα, έχει αναπτυχθεί μια μαθηματική συσκευή που επιτρέπει σε κάποιον να εκτιμήσει την πιθανότητα διάνοιξης σήραγγας ενός συστήματος από μια αρχική, μετασταθερή κατάσταση σε μια δεύτερη, πιο σταθερή. Βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στη στατιστική φυσική και την κβαντική θεωρία πεδίου, που αποτελούν τη βάση του λεγόμενου φορμαλισμού κοσμολογικής φούσκας.
Σε αυτή την προσέγγιση, ο παρατηρήσιμος κόσμος πιστεύεται ότι υπάρχει σε ένα ψευδές κενό. Αυτή η κατάσταση, πιθανότατα, είναι μετασταθερή στη φύση - ολόκληρο το Σύμπαν ή εκείνο το τμήμα του που βλέπει ένα άτομο μπορεί να είναι σε σταθερή κατάσταση για μια τεράστια χρονική περίοδο σε κοσμολογική κλίμακα, η οποία, ωστόσο, είναι πεπερασμένη. Μια φυσαλίδα αληθινού κενού μπορεί να προκύψει μέσα σε μια φυσαλίδα ψευδούς κενού. Η εξέλιξη του Σύμπαντος σε αυτή την περίπτωση συμβαίνει λόγω της αποσύνθεσης της αρχικής μετασταθερής κατάστασης.
Η φυσαλίδα του αληθινού κενού διαστέλλεται μέσα στη φυσαλίδα του ψευδούς κενού σύμφωνα με την ειδική θεωρία της σχετικότητας, όχι ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός, και καταστρέφει όλη την ύλη του αρχικού κόσμου. Γι' αυτό μιλούν για τον πιθανό θάνατο του παρατηρήσιμου Σύμπαντος. Ωστόσο, η ποσοτική ανάλυση της ψευδούς διάσπασης κενού υπόκειται σε μεγάλη αβεβαιότητα.
Το κύριο πράγμα που πρέπει να γίνει είναι να εκτιμηθεί η πιθανότητα γέννησης μιας φούσκας μιας νέας κοσμολογικής φάσης. Υπάρχουν δύο κύριες προσεγγίσεις που καθιστούν δυνατή την όσο το δυνατόν απλούστευση του προβλήματος και τη λήψη σαφών εκφράσεων για την πιθανότητα μετάβασης - η προσέγγιση των λεπτών και παχιών τοίχων. Το βασικό αντικείμενο είναι το δυναμικό Higgs (αλλιώς γνωστό ως δυναμικό Ginzburg-Landau) του Καθιερωμένου Μοντέλου - μια σύγχρονη έννοια της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων. Περιέχει το πεδίο Higgs, το οποίο είναι υπεύθυνο για την εμφάνιση αδρανούς μάζας στα σωματίδια.
Ο σχηματισμός μιας φυσαλίδας αληθινού κενού σε μια ψευδή φυσαλίδα αντιστοιχεί σε μια μετάβαση φάσης πρώτης τάξης, όταν το σύστημα υφίσταται μια απότομη, και όχι συνεχή, όπως σε μια μετάβαση φάσης δεύτερης τάξης, αλλαγή. Το κύριο πράγμα και στις δύο προσεγγίσεις είναι το ύψος του φραγμού δυναμικού που χωρίζει το ψευδές και το αληθινό κενό. Η προσέγγιση λεπτού τοιχώματος λειτουργεί όταν η διαφορά μεταξύ των ελάχιστων ψευδούς και πραγματικού δυναμικού είναι πολύ μικρότερη από το ύψος του φραγμού μεταξύ τους.
Εάν το πάχος του τοιχώματος είναι πολύ μικρότερο από την ακτίνα της φυσαλίδας, η κύρια συμβολή στην πιθανότητα γέννησής της είναι η επιφανειακή παρά η ογκομετρική ενέργεια. Ο προσδιορισμός της πιθανότητας σε αυτή την περίπτωση καταλήγει στον υπολογισμό του εκθέτη. Η προσέγγιση του χοντρού τοιχώματος χρησιμοποιείται πολύ λιγότερο συχνά σε φυσικώς ενδιαφέρουσες θεωρίες. Και είναι ξεκάθαρο γιατί: σε αυτή την περίπτωση, η πιθανότητα σχηματισμού φυσαλίδων μιας νέας φάσης καταστέλλεται εκθετικά - το ψευδές κενό είναι πρακτικά αδιάκριτο από το αληθινό.
Η πιθανότητα διάνοιξης σήραγγας εξαρτάται από τις κβαντικές διορθώσεις στο δυναμικό Higgs, ιδιαίτερα από τη συμβολή των βαρέων σωματιδίων. Επί του παρόντος, το κορυφαίο κουάρκ θεωρείται το βαρύτερο στοιχειώδες σωματίδιο - η μάζα του υπερβαίνει τα 173 γιγαηλεκτρονβολτ. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ανακαλύψεις νέων βαρέων σωματιδίων είναι τόσο σημαντικές για τα κοσμολογικά μοντέλα - μπορούν να επηρεάσουν τις προβλέψεις για τη σταθερότητα του παρατηρήσιμου κόσμου.
Η βαρύτητα παίζει έναν ιδιαίτερο ρόλο στη διάσπαση του κενού - την καμπυλότητα του χωροχρόνου. Συγκεκριμένα, οι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες, που μπορεί να προκύψουν από συγκρούσεις σωματιδίων υψηλής ενέργειας, αυξάνουν την πιθανότητα γέννησης πραγματικών φυσαλίδων κενού κοντά τους εκατοντάδες φορές. Η δυναμική των κοσμολογικών φυσαλίδων είναι ακόμη πιο περίπλοκη εάν σχηματιστούν πολλές φυσαλίδες μέσα στο αρχικό Σύμπαν - διαστέλλοντας και συγκρούοντας μεταξύ τους, δημιουργούν έναν νέο κόσμο με πραγματικό κενό.
Σήμερα είναι άγνωστο σε ποια κατάσταση βρίσκεται το Σύμπαν. Εάν είναι αληθινό κενό, τότε δεν υπάρχει τίποτα να ανησυχείτε. Αν είναι λάθος, τότε πιθανότατα να είναι και - οι διαστάσεις του παρατηρήσιμου Σύμπαντος είναι πολύ μεγάλες για μια νέα φυσαλίδα, που διαστέλλεται με την ταχύτητα του φωτός, για να γεμίσει ολόκληρο τον κόσμο σε οποιοδήποτε εύλογο χρόνο με τα ανθρώπινα πρότυπα. Ωστόσο, υπάρχει μια εξαίρεση - εάν με κάποιο τρόπο προκύψει μια νέα φάση στην άμεση γειτνίαση της ανθρωπότητας. Τότε η Γη θα μπορούσε να πεθάνει σχεδόν αμέσως.
