Вакуумните колебания могат да причинят формирането на виртуални прото-вселени, които при определени условия са в състояние да преминат от виртуално състояние в реално.
Физиците от много години се опитват да изградят квантова теория на гравитацията - засега, за съжаление, без успех. Почти всички са съгласни, че подобна теория трябва да съчетава релативистката теория на гравитацията на Айнщайн с квантовата механика и това е много, много трудна задача.
Квантовата механика, с всичките си парадокси, все пак описва свойствата на обектите, които съществуват в некривизираното Нютоново пространство. Бъдещата теория на гравитацията трябва да разшири вероятностните квантово-механични закони до свойствата на самото пространство (по-точно пространството-времето), деформирани в съответствие с уравненията на общата теория на относителността. Как да направите това, използвайки строги математически изчисления, все още никой не знае.
Студено раждане
Начините за подобен съюз обаче могат да бъдат обмислени на качествено ниво и тук се появяват много интересни перспективи. Една от тях беше смятана от известния космолог, професор от университета в Аризона Лорънс Краус в наскоро издадената си книга „Вселена от нищото“(„Вселена от нищото“). Хипотезата му изглежда фантастична, но по никакъв начин не противоречи на установените закони на физиката.
Смята се, че нашата Вселена е възникнала от много горещо първоначално състояние с температура от порядъка на 1032 келвина. Възможно е обаче да си представим студеното раждане на вселените от чист вакуум - по-точно от неговите квантови колебания. Добре известно е, че такива колебания генерират огромно количество виртуални частици, които буквално се появяват от нищото и впоследствие изчезват без следа. Според Краус, вакуумните колебания по принцип са в състояние да доведат до еднакво ефемерни прото-вселени, които при определени условия преминават от виртуално състояние в реално.
Промоционално видео:
Вселена без енергия
Какво е необходимо за това? Първото и основно условие е ембрионът на бъдещата Вселена да има нула обща енергия. В този случай той не само не е обречен на почти мигновено изчезване, но напротив, може да съществува произволно дълго време. Това се дължи на факта, че според квантовата механика произведението на несигурността в енергията на даден обект от неопределеността в живота му не трябва да бъде по-малко от крайната стойност - константата на Планк.
Разделянето на фундаменталните взаимодействия в нашата ранна вселена беше в природата на фазов преход. При много високи температури бяха комбинирани фундаментални взаимодействия, но при охлаждане под критичната температура, разделянето не настъпи (това може да се сравни с преохлаждането на водата). В този момент енергията на скаларното поле, свързано с обединението, надвишава температурата на Вселената, което надарява полето с отрицателно налягане и причинява космологична инфлация. Вселената започна да се разширява много бързо и в момента на нарушаване на симетрията (при температура около 1028 К) размерите й се увеличават 1050 пъти. В този момент скаларното поле, свързано с обединението на взаимодействията, също изчезна и неговата енергия се трансформира в по-нататъшно разширяване на Вселената.
Щом енергията на даден обект е строго равна на нула, той се знае без никакви несигурности и следователно времето на живота му може да бъде безкрайно дълго. Поради този ефект две заредени тела, разположени на много големи разстояния, се привличат или отблъскват едно от друго. Те взаимодействат чрез обмен на виртуални фотони, които поради нулевата си маса се разпространяват на всяко разстояние. Напротив, калибровъчните векторни бозони, пренасящи слаби взаимодействия, поради голямата си маса, съществуват само за около 10-25 секунди, в резултат на което тези взаимодействия имат много малък радиус.
Каква вселена, макар и ембрионална, с нулева енергия? Както професор Краус обясни на „Популярна механика“, в това няма нищо мистично: „Енергията на такава вселена се състои от положителна енергия на частици и радиация (и вероятно също скаларни вакуумни полета) и отрицателна потенциална енергия на гравитацията. Тяхната сума може да бъде равна на нула - математиката позволява това. Много е важно обаче такъв енергиен баланс да е възможен само в затворени светове, чието пространство има положителна кривина. Плоските и още по-отворени вселени не притежават такова свойство”.
Фазовият преход възниква в еволюцията на Вселената три пъти: при температура от 10 до 28 градуса К (Голямото обединение на взаимодействията се разпада), 10 до 15 градуса К (разпад на електро-слабото взаимодействие) и 10 до 12 градуса К (кварките започват да се обединяват в адрони).
Чудесата на инфлацията
Какво се случва, ако квантовите колебания на вакуума пораждат виртуална Вселена с нулева енергия, която поради квантовите шансове е получила известно време за живот и еволюция? Зависи от състава му. Ако пространството на Вселената се запълни с материя и излъчване, то първо ще се разшири, ще достигне максималния си размер и ще се срути при гравитационен срив, като съществува само една малка част от секундата. Друг е въпросът дали в космоса има скаларни полета, които могат да задействат процеса на инфлационна експанзия. Има сценарии, при които това разширяване не само предотвратява гравитационния срив на „балонната“вселена, но и я превръща в почти плосък и безграничен свят. Така времето на нейния живот също нараства неимоверно - почти до безкрайност. По този начин,една малка виртуална вселена става съвсем реална - огромна и дълголетна. Дори възрастта й да е ограничена, това може да надхвърли сегашната епоха на нашата Вселена. Затова звезди и звездни клъстери, планети и дори, какво по дяволите не се шегува, интелигентният живот може да се появи там. Пълноценна вселена, възникнала буквално от нищо - това са чудесата, на които е способна инфлацията!
Алексей Левин