V tuto chvíli je kvantová mechaniky nejspolehlivějším konceptem pro mikrosvět. Mimo jiné tvrdí, že neexistuje dokonalé vakuum. I když nějaký prostor může vypadat jako úplně prázdný, podle kvantové mechaniky se ve skutečnosti jedná o stav s nejnižší energií spojitého kvantového pole.
Je to známý hororový příběh. Kvantové pole může mít více různých lokálních minim energie, takže zdánlivě stabilní lokální základní stav nemusí být stabilním stavem pro pole jako celek. V takovém případě ho od stavu s nižší energií a stabilnějším stavem odděluje energetická bariéra, podobně jako může být údolí odděleno od hlubšího údolí vysokým horským hřebenem.
Takový „metastabilní“ stav čili „falešné vakuum,“ by se mohl překlopit do stabilnějšího stavu „prokopáním“ zmíněné bariéry kvantovým tunelováním, bez jakékoliv dodatečné energie. Americký teoretický fyzik americký teoretik Sidney Coleman před půlstoletím navrhl, že celý pozorovatelný vesmír by mohl existovat v takovém falešném vakuu. Pokud by se falešné vakuum zhroutilo (false vacuum decay), vesmír by se okamžitě překlopil do stabilnějšího vakua.
Takové věci se těžko zkoumají „na ostro.“ Nezbyl by nikdo, kdo by experiment vyhodnotil. Meng Khoon Tey a jeho kolegové využili pokroku v oblasti kvantových simulátorů a zkusili si dramatické kvantové tunelování falešného vakua v laboratorních experimentech. Posloužily jim k tomu Rydbergovy atomy, jejichž elektrony krouží velmi daleko od jádra a je možné je excitovat na extrémní energetické hladiny. Díky tomu jsou velmi vhodné pro kvantové simulace.
Badatelé uspořádali do prstence skupinu vzájemně se odpudivých Rydbergových atomů tak, že se spinový stav každého atomu orientoval v opačném směru než u jeho dvou sousedů. Aby simulovali falešné vakuum, vědci tuto symetrii záměrně narušili laserem, takže prstenec mohl existovat ve dvou možných podobách s mírně odlišnými energetickými stavy, což simulovalo skutečné a falešné vakuum.
##seznam_reklama##
Výsledky experimentů dopadly podle předpovědí kvantové teorie pole. Čím silnější bylo pole narušující symetrii, tím rychleji docházelo ke zhroucení simulovaného falešného vakua. Experimenty napodobovaly kvantovou nukleaci bublin (quantum bubble nucleation), při které vznikají bubliny stabilnějšího vakua uvnitř falešného vakua. Do budoucna bude možné podobně studovat i další fyzikální jevy.
Video: The Most Efficient Way to Destroy the Universe – False Vacuum
Video: How Vacuum Decay Would Destroy The Universe
Literatura