Fluctuațiile de vid pot provoca formarea proto-universelor virtuale care, în anumite condiții, sunt capabile să treacă de la o stare virtuală la una reală.
Fizicienii încearcă de mulți ani să construiască o teorie cuantică a gravitației - până acum, din păcate, fără succes. Aproape toți sunt de acord că o astfel de teorie ar trebui să combine teoria relativistă a gravitației lui Einstein cu mecanica cuantică, iar aceasta este o sarcină foarte, foarte dificilă.
Mecanica cuantică, cu toate paradoxurile sale, descrie totuși proprietățile obiectelor care există în spațiul newtonian ne curbat. Teoria viitoare a gravitației ar trebui să extindă legile cuantice-mecanice probabilistice proprietăților spațiului în sine (mai precis, spațiu-timp), deformate în conformitate cu ecuațiile teoriei generale a relativității. Cum se face acest lucru folosind calcule matematice riguroase, nimeni nu știe cu adevărat încă.
Nașterea la rece
Cu toate acestea, modalitățile de o astfel de uniune pot fi gândite la nivel calitativ, iar aici apar perspective foarte interesante. Unul dintre ei a fost considerat de renumitul cosmolog, profesor la Universitatea din Arizona Lawrence Krauss în cartea sa recent publicată „Un univers din nimic” („Universul de la nimic”). Ipoteza lui pare fantastică, dar în niciun caz nu contrazice legile fizicii stabilite.
Se crede că universul nostru a apărut dintr-o stare inițială foarte fierbinte, cu o temperatură de ordinul 1032 kelvin. Cu toate acestea, este posibil să ne imaginăm nașterea rece a universurilor dintr-un vid pur - mai precis, din fluctuațiile sale cuantice. Este cunoscut faptul că astfel de fluctuații generează multe particule virtuale care au apărut literalmente din nimic și au dispărut ulterior fără urmă. Potrivit lui Krauss, fluctuațiile vidului, în principiu, sunt capabile să dea naștere la proto-universuri la fel de efemere, care, în anumite condiții, trec de la o stare virtuală la una reală.
Video promotional:
Univers fără energie
Ce este necesar pentru asta? Prima și principala condiție este ca embrionul universului viitor să aibă zero energie totală. În acest caz, nu numai că nu este sortit dispariția aproape instantanee, ci, dimpotrivă, poate exista o perioadă îndelungată în mod arbitrar. Acest lucru se datorează faptului că, potrivit mecanicii cuantice, produsul incertitudinii în energia unui obiect de către incertitudinea din timpul său de viață nu ar trebui să fie mai mic decât valoarea finală - constanta lui Planck.
Separarea interacțiunilor fundamentale în universul nostru timpuriu a fost în natura unei tranziții de fază. La temperaturi foarte ridicate, interacțiunile fundamentale au fost combinate, dar la răcirea sub temperatura critică, separarea nu a avut loc (aceasta poate fi comparată cu supraînvelirea apei). În acel moment, energia câmpului scalar asociat cu unificarea a depășit temperatura Universului, ceea ce a înzestrat câmpul cu presiune negativă și a provocat o inflație cosmologică. Universul a început să se extindă foarte rapid, iar în momentul ruperii simetriei (la o temperatură de aproximativ 1028 K) dimensiunile sale au crescut de 1050 de ori. În acest moment, câmpul scalar asociat cu unificarea interacțiunilor a dispărut și energia sa a fost transformată într-o extindere suplimentară a Universului.
De îndată ce energia unui obiect este strict egală cu zero, ea este cunoscută fără incertitudini și, prin urmare, timpul vieții sale poate fi infinit de lung. Se datorează acestui efect că două corpuri încărcate situate la distanțe foarte mari sunt atrase sau respinse unele de altele. Acestea interacționează prin schimbul de fotoni virtuali, care, datorită masei lor zero, se răspândesc pe orice distanță. Dimpotrivă, bosonii vectori de calibru care poartă interacțiuni slabe, datorită masei lor mari, există doar aproximativ 10-25 de secunde, în urma cărora aceste interacțiuni au o rază foarte mică.
Ce fel de univers, deși embrionar, cu energie zero? După cum a explicat profesorul Krauss la Mecanica Populară, nu există nimic mistic în acest sens: „Energia unui astfel de univers constă în energia pozitivă a particulelor și a radiațiilor (și, eventual, și a câmpurilor de vid scalare) și a energiei potențiale negative a gravitației. Suma lor poate fi egală cu zero - matematica permite acest lucru. Cu toate acestea, este foarte important ca un astfel de echilibru energetic să fie posibil numai în lumile închise, al căror spațiu are o curbură pozitivă. Universele plate și chiar mai deschise nu posedă o astfel de proprietate”.
Tranziția de fază a avut loc în evoluția Universului de trei ori: la o temperatură de 10 până la 28 de grade K (Marea Unificare a interacțiunilor dezintegrate), 10 până la 15 grade K (decăderea interacțiunii electroweak) și 10 până la 12 grade K (quark-urile au început să se unească în hadroni).
Miracolele inflației
Ce se întâmplă dacă fluctuațiile cuantice ale vidului dau naștere unui univers virtual cu energie zero, care, datorită șanselor cuantice, a primit ceva timp pentru viață și evoluție? Depinde de compoziția sa. Dacă spațiul universului este plin de materie și radiație, acesta se va extinde mai întâi, va atinge dimensiunea maximă și se va prăbuși în colaps gravitațional, existând doar o fracție minusculă de secundă. Este o altă problemă dacă în spațiu există câmpuri scalare care pot declanșa procesul de expansiune inflaționistă. Există scenarii în care această expansiune nu numai că împiedică prăbușirea gravitațională a universului „bule”, ci îl transformă și într-o lume aproape plată și nelimitată. Astfel, timpul vieții ei crește și inconfortabil - aproape până la infinit. Prin urmare,un univers virtual minuscul devine destul de real - imens și de lungă durată. Chiar dacă vârsta sa este finită, poate depăși foarte bine vârsta actuală a universului nostru. Prin urmare, stele și ciorchini de stele, planete și chiar, ceea ce naiba nu glumește, viața inteligentă poate apărea acolo. Un univers cu drepturi depline care a apărut literalmente din nimic - acestea sunt minunile de care este capabilă inflația!
Alexey Levin
