Учените са ползвали квантов симулатор

Квантовата физика носи със себе си дълбоки последици, които поставят под въпрос подредената ни представа за реалността.

Една от тези хипотези предполага, че нашата Вселена може да се намира в състояние на фалшив вакуум - нестабилно равновесие, което в даден момент може да се разпадне, преминавайки в по-стабилно състояние.

Физици, изследващи квантовата теория на полето - научна рамка, която обединява квантовата механика, теорията на относителността и фундаменталната физика - са разгледали този сценарий в ново изследване, публикувано в списание Nature. Симулирайки механизма на този процес, те предлагат модел, който описва как подобно събитие би могло да доведе до радикална трансформация на нашата Вселена.

"Говорим за процес, при който цялата Вселена би променила структурата си", казва водещият автор на изследването Златко Папич, професор по теоретична физика в Университета в Лийдс. "Фундаменталните физични константи биха могли моментално да се изменят, а светът, какъвто го познаваме, да рухне като къща от карти."

Хипотезата за фалшивия вакуум

Идеята за фалшив вакуум не е нова, но настоящото изследване е сред първите, които симулират този процес в голям мащаб.

Какво означава Вселената да бъде във фалшив вакуум? Според хипотезата вакуумната енергия - най-ниското енергийно състояние на космоса - не е стабилна, а само временно съществуващо състояние. В бъдеще тя може да се "срути" в още по-ниско енергийно състояние.

"Процесът може да се сравни с влакче в увеселителен парк, което преминава през различни долини, но има само едно истинско най-ниско ниво - на земята", обяснява съавторът Жан-Ив Десол от Института по наука и технологии в Австрия.

Ако тази теория е вярна, нашата Вселена в момента се намира в състояние на метастабилност - временно равновесие, което може да продължи милиони или дори милиарди години.

"Ако това наистина е така, квантовата механика позволява на Вселената в даден момент да премине към истинския вакуум - най-ниското възможно енергийно състояние, което би довело до катастрофално глобално събитие", допълва Десол.

В основата на този процес стоят мехурчета - не от газирана напитка, а малки региони на истински вакуум, които могат да се формират във фалшивия вакуум. Смята се, че появата на такива мехурчета би предизвикала верижна реакция на вакуумно разпадане из цялата Вселена, подобно на разклатена бутилка газирана напитка, която внезапно избухва.

Досега изучаването на физиката на тези мехурчета беше изключително трудно. За да анализират тяхното формиране и взаимодействие, изследователите използват съвременен квантов симулатор, наречен квантов анилиращ компютър.

С помощта на машина с 5564 кубита - основните единици на квантовата информация - учените симулират образуването на мехурчета в система, преминаваща от фалшив към истински вакуум. Основният извод от изследването е, че размерът на мехурчетата зависи от баланса между енергийната печалба от обема и енергийната загуба от повърхността им, което е в съответствие с теоретичните предсказания.

"Използването на тези нови инструменти е вълнуващо, защото те могат да служат като своеобразна лаборатория за изследване на фундаментални динамични процеси във Вселената", отбелязва Папич.

Разбирането на тези мехурчета и техните взаимодействия е от съществено значение не само за разбирането на потенциалния разпад на вакуума, но и за практическото приложение на квантовата механика. Според учените, по-доброто познаване на тези явления може да помогне за коригирането на грешки в квантовите компютри, чиито кубити са изключително нестабилни.