Войти
A скалярное поле φ (которое представляет физическое положение) в ложном вакуум. Обратите внимание, что энергия E выше в ложном вакууме, чем в истинном вакууме или основном состоянии, но существует барьер, препятствующий классическому скатыванию поля в истинный вакуум. Следовательно, переход к истинному вакууму должен быть стимулирован созданием частиц высокой энергии или посредством квантово-механического туннелирования.В квантовой теории поля a ложный вакуум - это гипотетический вакуум, который не распадается активно, но в некоторой степени, но не совсем стабильный («метастабильный»). В этом состоянии он может длиться очень долго (свойство, известное как метастабильность ), и может в конечном итоге перейти в более стабильное состояние, событие, известное как распад вакуума . Наиболее распространенное предположение о том, как может произойти такое изменение, называется зарождением пузырьков - если небольшая область Вселенной случайно достигнет более стабильного вакуума, этот «пузырь» (также называемый «отскоком») распространился бы..
Ложный вакуум существует на локальном минимуме энергии и поэтому нестабилен, в отличие от настоящего вакуума, который существует в глобальном минимуме и является стабильным..
A вакуум определяется как пространство с минимально возможным количеством энергии в нем. Несмотря на название, в вакууме все еще есть квантовые поля. Истинный вакуум стабилен, потому что он находится на глобальном минимуме энергии, и обычно считается, что он совпадает с физическим вакуумным состоянием, в котором мы живем. Возможно, что физическое состояние вакуума представляет собой конфигурацию квантовых полей, представляющую локальный минимум, но не глобальный минимум энергии. Этот тип вакуумного состояния называется «ложным вакуумом».
Если могло возникнуть более стабильное вакуумное состояние, последствия могут отличаться от полного прекращения существующего фундаментальные силы, элементарные частицы и структуры, составляющие их, к тонкому изменению некоторых космологических параметров, в основном в зависимости от разности потенциалов между истинным и ложным вакуумом. Некоторые сценарии ложного распада вакуума совместимы с выживанием таких структур, как галактики, звезды или даже жизнь, в то время как другие предполагают полное разрушение барионной материи или даже немедленный гравитационный коллапс Вселенной, хотя в В этом последнем случае возможность причинно-следственной связи (то есть зарождения) истинного вакуума изнутри области ложного вакуума сомнительна.
В статье 2005 года, опубликованной в Nature, как часть их исследования в глобальные катастрофические риски, физик Массачусетского технологического института Макс Тегмарк и оксфордский философ Ник Бостром рассчитывают естественные риски разрушения Земли с коэффициентом менее 1 на gigayear от всех событий, включая переход в состояние более низкого вакуума. Они утверждают, что из-за эффектов выбора наблюдателя мы могли бы недооценить шансы быть разрушенными в результате распада вакуума, потому что любая информация об этом событии дойдет до нас только в тот момент, когда мы тоже были уничтожены. Это контрастирует с такими событиями, как риски от столкновений, гамма-всплесков, сверхновых и гиперновых, частота которых у нас есть адекватные прямые измерения.
Космическая инфляция, согласно нескольким теориям, может быть результатом ложного вакуума.
Само надувание может быть следствием поля Хиггса, захваченного в состоянии ложного вакуума с самосвязью Хиггса λ и его β λ функция очень близка к нулю в масштабе Планка. Будущий электрон-позитронный коллайдер сможет обеспечить точные измерения верхнего кварка, необходимые для таких вычислений.
Теория хаотической инфляции предполагает, что Вселенная может находиться либо в ложном вакууме, либо в истинном вакууме.
Алан Гут в своем первоначальном предложении по космической инфляции предположил, что инфляция может прекратиться за счет квантово-механического зарождения пузырьков, описанного выше. См. История теории хаотической инфляции. Вскоре стало понятно, что однородная и изотропная Вселенная не может быть сохранена в процессе бурного туннелирования. Это привело Андрея Линде и, независимо, Андреаса Альбрехта и Пола Стейнхардта, к предложению «новой инфляции» или «медленной инфляции», при которой туннелирование не происходит, а вместо этого возникает инфляционное скалярное поле. графики как пологий наклон.
Стабильность электрослабого вакуума по оценке в 2012 г. 
Стабильность в электрослабом вакууме по оценке в 2018 г. Критерии стабильности для электрослабое взаимодействие было впервые сформулировано в 1979 году как функция масс теоретического бозона Хиггса и самого тяжелого фермиона. Открытие Top-кварка в 1995 г. и бозона Хиггса в 2012 г. позволило физикам проверить критерии по сравнению с экспериментом, поэтому с 2012 г. электрослабое взаимодействие рассматривается как наиболее многообещающий кандидат на метастабильную фундаментальную силу. Соответствующая гипотеза ложного вакуума называется либо «нестабильностью электрослабого вакуума», либо «нестабильностью вакуума Хиггса». Текущее ложное состояние вакуума называется 
На диаграммах диапазоны неопределенности масс бозона Хиггса и топ-кварка показаны в виде линий овальной формы. Цвета, лежащие в основе, показывают, будет ли электрослабое вакуумное состояние быть стабильным, просто долгоживущим или полностью нестабильным для данной комбинации масс. Гипотезу "распада электрослабого вакуума" иногда неверно воспринимали как бозон Хиггса, "положивший конец" Вселенной. 125,18 ± 0,16 ГэВ / c Масса бозона Хиггса, вероятно, будет на метастабильной стороне стабильно-метастабильной границы (оцененная в 2012 году как 123,8–135,0 ГэВ). Однако для окончательного ответа требуются гораздо более точные измерения. полюсной массы топ-кварка, хотя улучшенная точность измерения масс бозона Хиггса и топ-кварка еще больше укрепила утверждение о том, что физический электрослабый вакуум находится в метастабильном состоянии по состоянию на 2018 год. Тем не менее, новая физика за пределами Стандартная модель физики элементарных частиц может радикально изменить разделительные линии ландшафта стабильности, сделав неверными предыдущие критерии стабильности и метастабильности.
Если измерения бозона Хиггса и топ-кварка предполагают, что наша Вселенная находится в ложном вакууме такого рода, это означало бы, что более чем вероятно через многие миллиарды лет эффекты пузыря распространятся по Вселенной со скоростью почти со скоростью света от его источника в пространстве-времени.
Когда ложный вакуум распадается, истинный низкоэнергетический вакуум образуется в результате процесса, известного как пузырьковая нуклеация. В этом процессе инстантонные эффекты вызывают появление пузыря, содержащего истинный вакуум. Стенки пузырька (или доменные стенки ) имеют положительное поверхностное натяжение, поскольку энергия расходуется, когда поля проходят через потенциальный барьер в истинный вакуум. Первый стремится к кубу радиуса пузыря, а второй пропорционален квадрату его радиуса, поэтому существует критический размер 
 | (уравнение 1) |
где 
 | (уравнение 2) |
Пузырь, размер которого меньше критического, может преодолеть потенциальный барьер через квантовое туннелирование инстантонов в состояния с более низкой энергией. Для большого потенциального барьера скорость туннелирования на единицу объема пространства определяется как
 | (уравнение 3) |
где 
Маленькие пузыри истинного вакуума можно надуть до критического размера, обеспечивая энергию, хотя требуемые плотности энергии на несколько порядков больше, чем достигаются в любом естественном или искусственном процессе. Также считается, что определенные среды могут катализировать образование пузырьков за счет снижения потенциального барьера.
В исследовании 2015 года было указано, что скорость распада в вакууме может быть значительно увеличена. вблизи черных дыр, которые могут служить зародышем зародыша . Согласно этому исследованию, потенциально катастрофический распад вакуума может быть вызван в любой момент первичными черными дырами, если они существуют. Последующее исследование, проведенное в 2017 году, показало, что пузырь схлопнется в первичную черную дыру, а не возникнет из нее, либо в результате обычного коллапса, либо в результате искривления пространства таким образом, что он разорвется в новую вселенную. В 2019 году было обнаружено, что, хотя небольшие невращающиеся черные дыры могут увеличить истинную скорость зародышеобразования в вакууме, быстро вращающиеся черные дыры стабилизируют ложный вакуум, чтобы скорость распада была ниже, чем ожидается для плоского пространства-времени. Предлагаемые альтернативные зародыши зародышеобразования включают космические струны и магнитные монополи.
. Если при столкновении частиц образуются мини-черные дыры, то энергетические столкновения, подобные тем, которые возникают в Большом адронном коллайдере ) может вызвать такое событие распада вакуума, сценарий, который привлек внимание средств массовой информации. Это, вероятно, будет нереалистично, потому что, если такие мини-черные дыры могут быть созданы при столкновениях, они также будут созданы при гораздо более энергичных столкновениях частиц космического излучения с поверхностями планет или на раннем этапе жизни Вселенной, как предположительно изначальные черные дыры. Хат и Рис отмечают, что, поскольку столкновения космических лучей наблюдались при гораздо более высоких энергиях, чем те, которые производятся в ускорителях земных частиц, эти эксперименты не должны, по крайней мере в обозримом будущем, представлять угрозу для нашего нынешнего вакуума.. Ускорители элементарных частиц достигли энергии всего лишь приблизительно восемь тера электрон-вольт (8 × 10 эВ). Столкновения космических лучей наблюдались при энергиях 5 * 10 эВ и выше, что в шесть миллионов раз мощнее - так называемый предел Грейзена – Зацепина – Кузьмина - и космические лучи вблизи of origin может быть еще более мощным. Джон Лесли утверждал, что, если нынешние тенденции сохранятся, ускорители частиц к 2150 году превысят энергию, выделяемую в естественных столкновениях космических лучей. Подобные опасения высказывались критиками релятивистского коллайдера тяжелых ионов и Большой адронный коллайдер во время их соответствующего предложения и признаны необоснованными научными исследованиями.
Событие ложного распада вакуума иногда используется в качестве графического устройства в работах, изображающих судный день.
В общем, гравитация уменьшает вероятность распада вакуума; в крайнем случае очень малой разницы в плотности энергии он может даже стабилизировать ложный вакуум, полностью предотвращая распад вакуума. Мы считаем, что понимаем это. Чтобы вакуум распался, необходимо создать пузырь с нулевой полной энергией. В отсутствие гравитации это не проблема, независимо от того, насколько мала разница в плотности энергии; все, что нужно сделать, это сделать пузырек достаточно большим, и соотношение объем / поверхность будет делать эту работу. Однако в присутствии гравитации отрицательная плотность энергии истинного вакуума искажает геометрию внутри пузыря, в результате чего при достаточно малой плотности энергии пузыря с достаточно большим отношением объема к поверхности не бывает. Внутри пузыря эффекты гравитации более драматичны. Геометрия пространства-времени внутри пузыря - это геометрия пространства анти-де Ситтера, пространства, очень похожего на обычное пространство де Ситтера, за исключением того, что его группа симметрий O (3, 2), а не O (4, 1). Хотя это пространство-время свободно от сингулярностей, оно нестабильно при малых возмущениях и неизбежно подвергается гравитационному коллапсу того же типа, что и конечное состояние сжимающейся вселенной Фридмана. Время, необходимое для коллапса внутренней вселенной, составляет порядка... микросекунд или меньше.
Возможность того, что мы живем в ложном вакууме, никогда не вызывала одобрения. Распад вакуума - крайняя экологическая катастрофа; в новом вакууме появляются новые константы природы; после распада вакуума не только жизнь, которую мы знаем, невозможна, но и химия, какой мы ее знаем. Тем не менее, всегда можно было стоически утешиться тем, что, возможно, с течением времени новый вакуум будет поддерживать, если не жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, по крайней мере некоторые структуры, способные познавать радость. Теперь эта возможность исключена.
Второй частный случай - это распад в пространство исчезающей космологической постоянной, случай, который применим, если мы сейчас живем в обломках ложного вакуума, который распался в некую раннюю космическую эпоху. Этот случай представляет нам менее интересную физику и меньше поводов для риторических эксцессов, чем предыдущий. Теперь внутренняя часть пузыря представляет собой обычное пространство Минковского...
— Сидни Коулман и Фрэнк Де Лючия