Κινέζοι φυσικοί προσομοίωσαν στο εργαστήριο ένα σενάριο στιγμιαίας κατάρρευσης του σύμπαντος, βασισμένο στη θεωρία του «ψευδούς κενού». Σύμφωνα με τη θεωρία, το σύμπαν θα μπορούσε να εξαφανιστεί ανά πάσα στιγμή χωρίς καμία προειδοποίηση, αλλάζοντας πλήρως τους νόμους της φυσικής
Τίποτα δεν διαρκεί για πάντα, ούτε καν το σύμπαν.
Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι θα μπορούσε να υπάρξει για ένα απίστευτα μεγάλο χρονικό διάστημα.
Ωστόσο, μια εναλλακτική άποψη υποστηρίζει ότι το σύμπαν μας θα μπορούσε να εξαφανιστεί ανά πάσα στιγμή!
Μάλιστα, Κινέζοι επιστήμονες αναπαρήγαγαν την καταστροφή του στο εργαστήριο.
Ξαφνικός θάνατος
Είναι γενικά αποδεκτό ότι το σύμπαν μας έχει μπροστά του τρισεκατομμύρια χρόνια ύπαρξης. Θα συνεχίσει να διαστέλλεται σταδιακά, τα άστρα θα αρχίσουν να σβήνουν και τελικά ολόκληρο το σύμπαν όπως το γνωρίζουμε θα βυθιστεί σε έναν ψυχρό, σκοτεινό και ατελείωτο «θερμικό θάνατο».
Ωστόσο, σύμφωνα με μία υπόθεση, τα πάντα θα μπορούσαν να εξαφανιστούν σε μια στιγμή και δεν θα αντιληφθούμε κανένα σημάδι της επερχόμενης καταστροφής.
Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, ακόμη και ο διαγαλαξιακός χώρος στα πιο απομακρυσμένα σημεία του διαστήματος δεν είναι εντελώς κενός. Πρόκειται για μια κατάσταση ύλης χαμηλής ενέργειας που διαπερνάται από διάφορα πεδία: το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το πεδίο Higgs και άλλα.
Η «ήρεμη» κατάσταση μέσα σε αυτά τα πεδία είναι αυτό που ονομάζουμε κενό. Η ενέργεια εκεί είναι ακριβώς αυτή που απαιτείται ώστε ο ίδιος ο χώρος να υπάρχει. Ωστόσο, υπάρχει η θεωρία ότι αυτό δεν είναι το χαμηλότερο δυνατό επίπεδο ενέργειας.
Η θεωρία κβαντικών πεδίων υποστηρίζει ότι ένα τέτοιο κενό μπορεί να είναι «ψευδές» ή «αληθινό». Μια μεταφορά βοηθά να εξηγηθεί η διαφορά. Φανταστείτε ένα ψηλό βουνό με μια μπάλα στη βάση του. Βρίσκεται στη χαμηλότερη και πιο σταθερή κατάστασή της - δεν υπάρχει άλλο σημείο για να κυλήσει. Αυτό είναι το αληθινό κενό.
Υπάρχει όμως μια μικρή κοιλότητα στην πλαγιά του βουνού. Η μπάλα, παγιδευμένη εκεί, φαίνεται επίσης να βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση. Όμως αυτό είναι προσωρινό: ανά πάσα στιγμή μπορεί πολύ γρήγορα να κυλήσει ακόμη χαμηλότερα - προς τη βάση. Η «μπάλα στην κοιλότητα της πλαγιάς» είναι το ψευδές κενό.
Τη δεκαετία του 1970, ο Αμερικανός θεωρητικός Sidney Coleman πρότεινε ότι ολόκληρο το παρατηρήσιμο σύμπαν θα μπορούσε να υπάρχει σε ένα τέτοιο ψευδές κενό. Αν ισχύει αυτό, τότε η αποσύνθεσή του θα οδηγούσε σε στιγμιαία κατάρρευση προς ένα αληθινό κενό λόγω κβαντικών φαινομένων όπως η κβαντική σήραγγα.
«Δεν θα αισθανθούμε τίποτα»
Η διαδικασία λειτουργεί ως εξής: σε κάποιο σημείο του διαστήματος εμφανίζεται μια «φυσαλίδα» αληθινού κενού. Αρχίζει να διαστέλλεται προς όλες τις κατευθύνσεις με την ταχύτητα του φωτός. Και επειδή καμία πληροφορία δεν μπορεί να ταξιδέψει ταχύτερα από τα φωτόνια, δεν θα γνωρίζουμε τι συμβαίνει μέχρι το τέλος.
Οτιδήποτε εισέρχεται στα όρια αυτής της φυσαλίδας αλλάζει ακαριαία τις φυσικές του ιδιότητες ή καταστρέφεται. Η ενέργεια του κενού καθορίζει τον τρόπο λειτουργίας των φυσικών πεδίων.
Αν το κενό «αλλάξει», τότε οι θεμελιώδεις σταθερές, όπως η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση, θα μεταβληθούν. Ή, για παράδειγμα, τα σωματίδια - ηλεκτρόνια και quarks - θα γίνουν ξαφνικά πολύ βαρύτερα ή ελαφρύτερα.
Εξαιτίας της μεταβολής των νόμων της φυσικής, τα άτομα και τα μόρια που συνθέτουν τόσο εμάς όσο και τα άστρα θα χάσουν απλώς τη σταθερότητά τους. Η παλιά ύλη θα διαλυθεί και μια εντελώς νέα χημεία και φυσική θα εμφανιστούν μέσα στο αληθινό κενό. Υπάρχει μάλιστα θεωρία ότι κάτι παρόμοιο συνέβη στις πρώτες στιγμές ύπαρξης του σύμπαντος, οδηγώντας στη Μεγάλη Έκρηξη.
Μια ομάδα φυσικών από το Πεκίνο βρήκε τρόπο να προσομοιώσει αυτό το αποκαλυπτικό σενάριο στο εργαστήριο.
Η εργασία του Yu-Xin Chao από το Πανεπιστήμιο Tsinghua και των συνεργατών του δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters.
Το τέλος του κόσμου πάνω σε ένα τραπέζι
Αντί για κοσμικά πεδία, οι Κινέζοι ερευνητές χρησιμοποίησαν μικροσκοπικούς δακτυλίους από ειδικά άτομα - τα άτομα Rydberg - τα οποία είναι τεράστια σε μέγεθος (τα ηλεκτρόνιά τους κινούνται πολύ μακριά από τον πυρήνα) και ιδιαίτερα ευαίσθητα σε εξωτερικές επιδράσεις.
Οι επιστήμονες τοποθέτησαν αρκετά από αυτά τα άτομα σε κύκλο. Στη φυσιολογική τους κατάσταση, τα spin τους (μικροσκοπικοί μαγνήτες) ευθυγραμμίζονταν σε ένα τακτικό μοτίβο «πάνω-κάτω-πάνω-κάτω». Λόγω της συμμετρίας του δακτυλίου, αυτό το μοτίβο ήταν σταθερό.
Για να δημιουργήσουν ένα «ψευδές κενό», οι φυσικοί φώτισαν επιλεκτικά ορισμένα άτομα με λέιζερ, διαταράσσοντας έτσι τη συμμετρία. Τώρα το σύστημα είχε δύο παρόμοιες αλλά διαφορετικές ενεργειακές καταστάσεις: μία ελαφρώς υψηλότερη (ψευδής) και μία ελαφρώς χαμηλότερη (αληθινή).
Αφού δημιούργησαν τεχνητά μια κατάσταση όπου ορισμένα άτομα βρίσκονταν σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο («ψευδές κενό»), οι ερευνητές ξεκίνησαν τις παρατηρήσεις τους.
Το βασικό αποτέλεσμα ήταν ότι όσο περισσότερο «πίεζαν» το σύστημα, διαταράσσοντας τη συμμετρία του με το λέιζερ, τόσο ταχύτερα συνέβαινε η αποσύνθεση. Επιπλέον, ο ρυθμός αυξανόταν εκθετικά — ακριβώς όπως προβλέπει η θεωρία κβαντικών πεδίων.
Έτσι, οι φυσικοί ανακάλυψαν έναν μηχανισμό πολύ παρόμοιο με τον σχηματισμό «φυσαλίδων»: μια μικρή ομάδα ατόμων έπρεπε να συνεργαστεί και ταυτόχρονα να μεταπηδήσει σε νέα κατάσταση. Όσο ισχυρότερο ήταν το εξωτερικό πεδίο, τόσο μικρότερη ήταν αυτή η «φυσαλίδα», πράγμα που σήμαινε ότι η διαδικασία εξελισσόταν ταχύτερα.
Όμως η συμφωνία με τη θεωρία δεν σταμάτησε εκεί. Μετά από μακρά παρατήρηση της διαδικασίας, οι ερευνητές ανακάλυψαν κάτι ασυνήθιστο. Σε ορισμένες εντάσεις λέιζερ, η αποσύνθεση συνέβαινε πολύ ταχύτερα από ό,τι προέβλεπαν τα τυπικά μοντέλα «ψευδούς κενού».
Αυτό αποδείχθηκε χαρακτηριστικό συστημάτων που αποτελούνται από διακριτά σωματίδια - στην προκειμένη περίπτωση άτομα σε δακτύλιο. Ένα τέτοιο φαινόμενο είναι αδύνατο στα συνεχή κοσμικά πεδία.
«Το πείραμά μας μάς επέτρεψε να παρατηρήσουμε τη διαδικασία της κβαντικής σήραγγας σε πραγματικό χρόνο. Αναπαρήγαγε την προβλεπόμενη αποσύνθεση του ψευδούς κενού σε ένα σχετικά απλό επιτραπέζιο πείραμα», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Meng Kun Tei.
«Ίδιες εξισώσεις»
Παρότι το πείραμα πραγματοποιήθηκε με μικρό αριθμό ατόμων και επομένως θεωρείται ελλιπές και περιλαμβάνει αρκετές προσεγγίσεις, γενικά αναπαράγει με ακρίβεια την ίδια φυσική με την υποθετική διαδικασία σε ολόκληρο το σύμπαν, τονίζει ο Alexey Akimov, επιστημονικός διευθυντής του Ρωσικού Κβαντικού Κέντρου.
«Οι ίδιες εξισώσεις δίνουν τις ίδιες λύσεις. Όμως κανείς δεν έχει πει ότι χρησιμοποιούμε τις σωστές εξισώσεις για το σύμπαν. Αν είναι σωστές, τότε ναι, το εργαστηριακό μοντέλο δείχνει περίπου το ίδιο πράγμα. Αν όχι, τότε όχι», σημειώνει.
Ο επιστήμονας επισημαίνει ότι οι διαδικασίες στο σύμπαν δεν είναι πάντοτε προσβάσιμες σε άμεση παρατήρηση. Ενώ οι κβαντικοί προσομοιωτές «μας επιτρέπουν να βλέπουμε τι συμβαίνει ζωντανά (έστω και σε μοντέλο), συμπεριλαμβανομένης της μελέτης ζητημάτων που είναι δύσκολο να υπολογιστούν και που συχνά περιλαμβάνουν τη δυναμική της διαδικασίας».
Ωστόσο, σύμφωνα με τον Akimov, δεν υπάρχει λόγος ανησυχίας για το τέλος του κόσμου: οι θεωρίες περί πολλών καταστάσεων κενού συζητούνται εδώ και χρόνια, αλλά αυτό δεν εμπόδισε το σύμπαν να υπάρχει για περισσότερα από δέκα δισεκατομμύρια χρόνια.
www.bankingnews.gr
Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι θα μπορούσε να υπάρξει για ένα απίστευτα μεγάλο χρονικό διάστημα.
Ωστόσο, μια εναλλακτική άποψη υποστηρίζει ότι το σύμπαν μας θα μπορούσε να εξαφανιστεί ανά πάσα στιγμή!
Μάλιστα, Κινέζοι επιστήμονες αναπαρήγαγαν την καταστροφή του στο εργαστήριο.
Ξαφνικός θάνατος
Είναι γενικά αποδεκτό ότι το σύμπαν μας έχει μπροστά του τρισεκατομμύρια χρόνια ύπαρξης. Θα συνεχίσει να διαστέλλεται σταδιακά, τα άστρα θα αρχίσουν να σβήνουν και τελικά ολόκληρο το σύμπαν όπως το γνωρίζουμε θα βυθιστεί σε έναν ψυχρό, σκοτεινό και ατελείωτο «θερμικό θάνατο».
Ωστόσο, σύμφωνα με μία υπόθεση, τα πάντα θα μπορούσαν να εξαφανιστούν σε μια στιγμή και δεν θα αντιληφθούμε κανένα σημάδι της επερχόμενης καταστροφής.
Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, ακόμη και ο διαγαλαξιακός χώρος στα πιο απομακρυσμένα σημεία του διαστήματος δεν είναι εντελώς κενός. Πρόκειται για μια κατάσταση ύλης χαμηλής ενέργειας που διαπερνάται από διάφορα πεδία: το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το πεδίο Higgs και άλλα.
Η «ήρεμη» κατάσταση μέσα σε αυτά τα πεδία είναι αυτό που ονομάζουμε κενό. Η ενέργεια εκεί είναι ακριβώς αυτή που απαιτείται ώστε ο ίδιος ο χώρος να υπάρχει. Ωστόσο, υπάρχει η θεωρία ότι αυτό δεν είναι το χαμηλότερο δυνατό επίπεδο ενέργειας.
Η θεωρία κβαντικών πεδίων υποστηρίζει ότι ένα τέτοιο κενό μπορεί να είναι «ψευδές» ή «αληθινό». Μια μεταφορά βοηθά να εξηγηθεί η διαφορά. Φανταστείτε ένα ψηλό βουνό με μια μπάλα στη βάση του. Βρίσκεται στη χαμηλότερη και πιο σταθερή κατάστασή της - δεν υπάρχει άλλο σημείο για να κυλήσει. Αυτό είναι το αληθινό κενό.
Υπάρχει όμως μια μικρή κοιλότητα στην πλαγιά του βουνού. Η μπάλα, παγιδευμένη εκεί, φαίνεται επίσης να βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση. Όμως αυτό είναι προσωρινό: ανά πάσα στιγμή μπορεί πολύ γρήγορα να κυλήσει ακόμη χαμηλότερα - προς τη βάση. Η «μπάλα στην κοιλότητα της πλαγιάς» είναι το ψευδές κενό.
Τη δεκαετία του 1970, ο Αμερικανός θεωρητικός Sidney Coleman πρότεινε ότι ολόκληρο το παρατηρήσιμο σύμπαν θα μπορούσε να υπάρχει σε ένα τέτοιο ψευδές κενό. Αν ισχύει αυτό, τότε η αποσύνθεσή του θα οδηγούσε σε στιγμιαία κατάρρευση προς ένα αληθινό κενό λόγω κβαντικών φαινομένων όπως η κβαντική σήραγγα.
«Δεν θα αισθανθούμε τίποτα»
Η διαδικασία λειτουργεί ως εξής: σε κάποιο σημείο του διαστήματος εμφανίζεται μια «φυσαλίδα» αληθινού κενού. Αρχίζει να διαστέλλεται προς όλες τις κατευθύνσεις με την ταχύτητα του φωτός. Και επειδή καμία πληροφορία δεν μπορεί να ταξιδέψει ταχύτερα από τα φωτόνια, δεν θα γνωρίζουμε τι συμβαίνει μέχρι το τέλος.
Οτιδήποτε εισέρχεται στα όρια αυτής της φυσαλίδας αλλάζει ακαριαία τις φυσικές του ιδιότητες ή καταστρέφεται. Η ενέργεια του κενού καθορίζει τον τρόπο λειτουργίας των φυσικών πεδίων.
Αν το κενό «αλλάξει», τότε οι θεμελιώδεις σταθερές, όπως η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση, θα μεταβληθούν. Ή, για παράδειγμα, τα σωματίδια - ηλεκτρόνια και quarks - θα γίνουν ξαφνικά πολύ βαρύτερα ή ελαφρύτερα.
Εξαιτίας της μεταβολής των νόμων της φυσικής, τα άτομα και τα μόρια που συνθέτουν τόσο εμάς όσο και τα άστρα θα χάσουν απλώς τη σταθερότητά τους. Η παλιά ύλη θα διαλυθεί και μια εντελώς νέα χημεία και φυσική θα εμφανιστούν μέσα στο αληθινό κενό. Υπάρχει μάλιστα θεωρία ότι κάτι παρόμοιο συνέβη στις πρώτες στιγμές ύπαρξης του σύμπαντος, οδηγώντας στη Μεγάλη Έκρηξη.
Μια ομάδα φυσικών από το Πεκίνο βρήκε τρόπο να προσομοιώσει αυτό το αποκαλυπτικό σενάριο στο εργαστήριο.
Η εργασία του Yu-Xin Chao από το Πανεπιστήμιο Tsinghua και των συνεργατών του δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters.
Το τέλος του κόσμου πάνω σε ένα τραπέζι
Αντί για κοσμικά πεδία, οι Κινέζοι ερευνητές χρησιμοποίησαν μικροσκοπικούς δακτυλίους από ειδικά άτομα - τα άτομα Rydberg - τα οποία είναι τεράστια σε μέγεθος (τα ηλεκτρόνιά τους κινούνται πολύ μακριά από τον πυρήνα) και ιδιαίτερα ευαίσθητα σε εξωτερικές επιδράσεις.
Οι επιστήμονες τοποθέτησαν αρκετά από αυτά τα άτομα σε κύκλο. Στη φυσιολογική τους κατάσταση, τα spin τους (μικροσκοπικοί μαγνήτες) ευθυγραμμίζονταν σε ένα τακτικό μοτίβο «πάνω-κάτω-πάνω-κάτω». Λόγω της συμμετρίας του δακτυλίου, αυτό το μοτίβο ήταν σταθερό.
Για να δημιουργήσουν ένα «ψευδές κενό», οι φυσικοί φώτισαν επιλεκτικά ορισμένα άτομα με λέιζερ, διαταράσσοντας έτσι τη συμμετρία. Τώρα το σύστημα είχε δύο παρόμοιες αλλά διαφορετικές ενεργειακές καταστάσεις: μία ελαφρώς υψηλότερη (ψευδής) και μία ελαφρώς χαμηλότερη (αληθινή).
Αφού δημιούργησαν τεχνητά μια κατάσταση όπου ορισμένα άτομα βρίσκονταν σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο («ψευδές κενό»), οι ερευνητές ξεκίνησαν τις παρατηρήσεις τους.
Το βασικό αποτέλεσμα ήταν ότι όσο περισσότερο «πίεζαν» το σύστημα, διαταράσσοντας τη συμμετρία του με το λέιζερ, τόσο ταχύτερα συνέβαινε η αποσύνθεση. Επιπλέον, ο ρυθμός αυξανόταν εκθετικά — ακριβώς όπως προβλέπει η θεωρία κβαντικών πεδίων.
Έτσι, οι φυσικοί ανακάλυψαν έναν μηχανισμό πολύ παρόμοιο με τον σχηματισμό «φυσαλίδων»: μια μικρή ομάδα ατόμων έπρεπε να συνεργαστεί και ταυτόχρονα να μεταπηδήσει σε νέα κατάσταση. Όσο ισχυρότερο ήταν το εξωτερικό πεδίο, τόσο μικρότερη ήταν αυτή η «φυσαλίδα», πράγμα που σήμαινε ότι η διαδικασία εξελισσόταν ταχύτερα.
Όμως η συμφωνία με τη θεωρία δεν σταμάτησε εκεί. Μετά από μακρά παρατήρηση της διαδικασίας, οι ερευνητές ανακάλυψαν κάτι ασυνήθιστο. Σε ορισμένες εντάσεις λέιζερ, η αποσύνθεση συνέβαινε πολύ ταχύτερα από ό,τι προέβλεπαν τα τυπικά μοντέλα «ψευδούς κενού».
Αυτό αποδείχθηκε χαρακτηριστικό συστημάτων που αποτελούνται από διακριτά σωματίδια - στην προκειμένη περίπτωση άτομα σε δακτύλιο. Ένα τέτοιο φαινόμενο είναι αδύνατο στα συνεχή κοσμικά πεδία.
«Το πείραμά μας μάς επέτρεψε να παρατηρήσουμε τη διαδικασία της κβαντικής σήραγγας σε πραγματικό χρόνο. Αναπαρήγαγε την προβλεπόμενη αποσύνθεση του ψευδούς κενού σε ένα σχετικά απλό επιτραπέζιο πείραμα», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Meng Kun Tei.
«Ίδιες εξισώσεις»
Παρότι το πείραμα πραγματοποιήθηκε με μικρό αριθμό ατόμων και επομένως θεωρείται ελλιπές και περιλαμβάνει αρκετές προσεγγίσεις, γενικά αναπαράγει με ακρίβεια την ίδια φυσική με την υποθετική διαδικασία σε ολόκληρο το σύμπαν, τονίζει ο Alexey Akimov, επιστημονικός διευθυντής του Ρωσικού Κβαντικού Κέντρου.
«Οι ίδιες εξισώσεις δίνουν τις ίδιες λύσεις. Όμως κανείς δεν έχει πει ότι χρησιμοποιούμε τις σωστές εξισώσεις για το σύμπαν. Αν είναι σωστές, τότε ναι, το εργαστηριακό μοντέλο δείχνει περίπου το ίδιο πράγμα. Αν όχι, τότε όχι», σημειώνει.
Ο επιστήμονας επισημαίνει ότι οι διαδικασίες στο σύμπαν δεν είναι πάντοτε προσβάσιμες σε άμεση παρατήρηση. Ενώ οι κβαντικοί προσομοιωτές «μας επιτρέπουν να βλέπουμε τι συμβαίνει ζωντανά (έστω και σε μοντέλο), συμπεριλαμβανομένης της μελέτης ζητημάτων που είναι δύσκολο να υπολογιστούν και που συχνά περιλαμβάνουν τη δυναμική της διαδικασίας».
Ωστόσο, σύμφωνα με τον Akimov, δεν υπάρχει λόγος ανησυχίας για το τέλος του κόσμου: οι θεωρίες περί πολλών καταστάσεων κενού συζητούνται εδώ και χρόνια, αλλά αυτό δεν εμπόδισε το σύμπαν να υπάρχει για περισσότερα από δέκα δισεκατομμύρια χρόνια.
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών