TLDR: Nový model naznačuje, že interakce kvantových polí s okolím mohou potlačovat jejich přeskakování mezi různými vakuovými stavy. Takové „kosmické uzamčení“ by za určitých podmínek mohlo pomáhat stabilizovat i falešné vakuum. Studie tuna.

Kolaps falešného vakua je můj vůbec nejoblíbenější scénář konce vesmíru! Vychází z možnosti, že základní nastavení „zákonů“ našeho vesmíru není na své nejnižší možné stabilní energetické hladině – a že může být jen otázka pravděpodobnosti a času, než spadne níže. Což by, logicky, znamenalo konec hmoty, jak ji známe. A to by byla tragédie – hmota je moje nejoblíbenější varianta energie! Z hmoty je třeba čokoláda nebo kočky!

Ačkoliv jde jen o jednu z vícera hypotetických možností, fyziky vzrušuje se v ní šťourat stejně jako čtenáře. V nové studii přitom přišli na uklidňující možnost, že před podobným přeskakováním může mít kvantové pole vlastní přirozenou brzdu…

„Co je vůbec falešné vakuum?“

Slovo vakuum tu neznamená prázdnotu. Jde o stav, ve kterém kvantové pole sedí v určitém energetickém minimu. Klasicky se to přirovnává skrze analogii s údolím – představte si krajinu, ve které je údolí několik. Kvantové pole je v tomhle přirovnání kulička – ta může sedět v jednom údolí, byť hned vedle existuje třeba údolí ještě hlubší. To první je falešné vakuum, to nejhlubší pravé vakuum. Podstatné je, že kulička by se přes kopeček mezi nimi sama od sebe nedostala, ale kvantovka varuje, že to jde přes její oblíbený cheat – tunelování. S určitou pravděpodobností může bariérou projít…

Právě možnost, že by něco podobného jednou provedlo třeba Higgsovo pole, dává vzniknout slavnému scénáři vakuového rozpadu. Pokud by se někde vytvořila bublina stabilnějšího vakua, mohla by se šířit a cestou měnit fyzikální podmínky tak zásadně, že dnešní hmota by po průchodu stabilnějšího vakua měla víc než jen špatný den!

„Aha, jak to zastavit?“

To samože nevíme, ale možná to zastavuje samotné nastavení vesmíru! Vědátoři z Portsmouthské univerzity a dalších institucí to naznačili skrze svou novou práci. Vytvořili matematický model rozpínajícího se vesmíru, v němž skalární kvantové pole sedí v potenciálu se dvěma energetickými minimy a zároveň interaguje s dalšími „okolními“ poli.

A právě tyhle interakce vyvolávají kvantovou dekoherenci – to je proces, při kterém kvantový systém interakcemi s prostředím postupně ztrácí možnost chovat se jako čistá superpozice různých stavů! Neznamená to, že okolí pole nějak vědomě „pozoruje“, jak to občas interpretují ezomaniaci. Stačí, že si oba systémy mezi sebou vyměňují kvantovou informaci.

Výsledkem každopádně bylo, že jakmile se pole dekoherovalo a skončilo v jednom z minim, další kvantové tunelování mezi nimi se silně potlačilo – jinými slovy, několik polí se tak „drží v šachu“, aby se neprotunelovaly do minima. Autoři tomu dali velmi hollywoodský název cosmic lockdown, čili kosmické uzamčení.

„Takže jsme zachránění před koncem vesmíru?“

Nikoliv, leč můžete dnes v práci usínat o několik promile klidněji! Výzkum je obviously zjednodušený teoretický model, nikoliv důkaz, že přesně tohle chrání náš současný vesmír. Autoři studovali idealizované skalární pole v expandujícím kosmologickém prostoru a výslovně upozorňují, že k aplikaci na skutečné Higgsovo pole by byly potřeba mnohem realističtější výpočty…

Nicméně model ukazuje něco obecně zajímavého – stabilita vakua nemusí záviset jen na samotném tvaru energetické krajiny. Záležet může i na tom, s čím vším kvantové pole interaguje. Prostředí tak nemusí být jen rušivý bordel kolem systému – může aktivně zabraňovat jeho přechodu do jiného stavu.

Reálně stále nevíme, proč vesmír miliardy let úspěšně odolává případnému kvantovému restartu. Možná je vše jednoduché a naše vakuum je již dokonale stabilní. Možná jsou ale věci složitější – může být také metastabilní, ale jeho potenciální životnost absurdně převyšuje stáří vesmíru, anebo k jeho stabilitě přispívají i složité mechanismy podobné tomuhle kosmickému uzamčení!

A při pohledu na dosavadní historii poznávání přírodních zákonů u se nemohu zbavit vtíravému pocitu, že ten složitější scénář je platnější častěji…

[Ladislav Loukota]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]