อ่าน 14 นาที
สุญญากาศเทียม
ใน ทฤษฎีสนามควอนตัม สุญญากาศเทียม [ 1 ] คือ สถานะ สุญญากาศ สมมติ ที่เสถียรในระดับท้องถิ่น แต่ไม่ได้ครอบครอง สถานะพื้นฐาน ที่ เสถียร ที่สุดที่เป็นไปได้ [ 2 ]...
สุญญากาศเทียม
| ส่วนหนึ่งของชุดบทความเกี่ยวกับ |
| จักรวาลวิทยาเชิงฟิสิกส์ |
|---|

ในทฤษฎีสนามควอนตัมสุญญากาศเทียม [ 1 ] คือสถานะสุญญากาศ สมมติ ที่เสถียรในระดับท้องถิ่น แต่ไม่ได้ครอบครองสถานะพื้นฐาน ที่ เสถียร ที่สุดที่เป็นไปได้ [ 2 ]ในสภาวะนี้เรียกว่าสถานะกึ่งเสถียรมันอาจคงอยู่ในสถานะนี้เป็นเวลานานมาก แต่ในที่สุดก็อาจสลายตัวไปสู่สถานะที่เสถียรกว่า ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่เรียกว่าการสลายตัวของสุญญากาศเทียมข้อเสนอแนะที่พบบ่อยที่สุดเกี่ยวกับวิธีการที่การสลายตัวดังกล่าวอาจเกิดขึ้นในจักรวาลของเราเรียกว่าการก่อตัวของ ฟองอากาศ —หากบริเวณเล็กๆ ของจักรวาลบังเอิญไปถึงสุญญากาศที่เสถียรกว่า "ฟองอากาศ" นี้ (เรียกอีกอย่างว่า "การกระเด้ง") [ 3 ] [ 4 ]จะแพร่กระจายออกไป
สุญญากาศเทียมมีอยู่ ณ จุดต่ำสุดเฉพาะที่ของพลังงานดังนั้นจึงไม่เสถียรอย่างสมบูรณ์ ตรงกันข้ามกับสุญญากาศแท้ ซึ่งมีอยู่ ณ จุดต่ำสุดโดยรวมและมีความเสถียร
นิยามของสุญญากาศที่แท้จริงและสุญญากาศเท็จ
สุญญากาศ ถูกนิยามว่าเป็นพื้นที่ที่มีพลังงานน้อยที่สุดเท่า ที่จะเป็นไปได้ แม้จะมีชื่อว่าสุญญากาศ แต่ในสุญญากาศก็ยังมีสนาม ควอนตัม อยู่ สุญญากาศที่แท้จริงมีความเสถียรเพราะมี พลังงาน ต่ำสุดในระดับสากลและโดยทั่วไปถือว่าตรงกับสถานะสุญญากาศ ทางกายภาพ ที่เราอาศัยอยู่ อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ว่าสถานะสุญญากาศทางกายภาพอาจเป็นการจัดเรียงของสนามควอนตัมที่แสดงถึงจุดต่ำสุดเฉพาะที่ แต่ไม่ใช่จุดต่ำสุดในระดับสากล สถานะสุญญากาศประเภทนี้เรียกว่า "สุญญากาศเทียม"
ผลกระทบ
ภัยคุกคามต่อการดำรงอยู่
หากเอกภพของเราอยู่ในสถานะสุญญากาศเทียมแทนที่จะเป็นสถานะสุญญากาศจริง การสลายตัวจากสุญญากาศเทียมที่ไม่เสถียรน้อยกว่าไปสู่สุญญากาศจริงที่เสถียรกว่า (เรียกว่าการสลายตัวของสุญญากาศเทียม) อาจส่งผลกระทบอย่างร้ายแรง[ 5 ] [ 6 ]ผลกระทบอาจมีตั้งแต่การหยุดชะงักอย่างสมบูรณ์ของแรงพื้นฐาน ที่มีอยู่ อนุภาคพื้นฐานและโครงสร้างที่ประกอบขึ้นเป็นแรงเหล่านั้น ไปจนถึงการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในพารามิเตอร์ทางจักรวาลวิทยาบางอย่าง ซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของศักยภาพระหว่างสุญญากาศจริงและสุญญากาศเทียม สถานการณ์การสลายตัวของสุญญากาศเทียมบางอย่างเข้ากันได้กับการอยู่รอดของโครงสร้างต่างๆ เช่น กาแล็กซี ดาวฤกษ์[ 7 ] [ 8 ]และแม้แต่สิ่งมีชีวิต[ 9 ]ในขณะที่บางสถานการณ์เกี่ยวข้องกับการทำลายสสารแบริโอนิก อย่างสมบูรณ์ [ 10 ]หรือแม้กระทั่งการยุบตัวของเอกภพ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงในทันที [ 11 ]ในกรณีที่รุนแรงกว่านี้ ความน่าจะเป็นของการก่อตัวของ "ฟอง" นั้นต่ำมาก (เช่น หนึ่งใน 10 868 [ 12 ]หรือการสลายตัวของสุญญากาศเทียมอาจเป็นไปไม่ได้เลยด้วยซ้ำ) [ 13 ]
บทความของโคลแมนและเดอ ลูเซียที่พยายามรวมสมมติฐานเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงอย่างง่ายเข้าไว้ในทฤษฎีเหล่านี้ ระบุว่า หากนี่เป็นการแสดงภาพธรรมชาติที่ถูกต้อง จักรวาลที่เกิดขึ้น "ภายในฟองอากาศ" ในกรณีเช่นนี้จะดูไม่เสถียรอย่างยิ่งและจะยุบตัวลงแทบจะในทันที
โดยทั่วไป แรงโน้มถ่วงทำให้โอกาสที่สุญญากาศจะสลายตัวลดลง ในกรณีสุดขั้วที่มีความแตกต่างของความหนาแน่นพลังงานน้อยที่สุด แรงโน้มถ่วงยังสามารถทำให้สุญญากาศเทียมคงตัวได้ ป้องกันการสลายตัวของสุญญากาศโดยสิ้นเชิง เราเชื่อว่าเราเข้าใจเรื่องนี้แล้ว สำหรับสุญญากาศที่จะสลายตัว การสร้างฟองที่มีพลังงานรวมเป็นศูนย์จะต้องเป็นไปได้ ในกรณีที่ไม่มีแรงโน้มถ่วง นี่ไม่ใช่ปัญหา ไม่ว่าความแตกต่างของความหนาแน่นพลังงานจะน้อยเพียงใด สิ่งที่ต้องทำก็คือทำให้ฟองมีขนาดใหญ่พอ และอัตราส่วนปริมาตรต่อพื้นที่ผิวจะทำหน้าที่นั้นเอง อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่มีแรงโน้มถ่วง ความหนาแน่นพลังงานลบของสุญญากาศที่แท้จริงจะบิดเบือนรูปทรงเรขาคณิตภายในฟอง ส่งผลให้สำหรับความหนาแน่นพลังงานที่น้อยพอ จะไม่มีฟองใดที่มีอัตราส่วนปริมาตรต่อพื้นที่ผิวมากพอ ภายในฟอง ผลกระทบของแรงโน้มถ่วงจะรุนแรงมากขึ้น รูปทรงเรขาคณิตของกาลอวกาศภายในฟองคืออวกาศแอนติ-เดอ ซิตเตอร์ซึ่งเป็นอวกาศที่คล้ายกับอวกาศเดอ ซิตเตอร์ แบบดั้งเดิม ยกเว้นว่ากลุ่มสมมาตรของมันคือ O(3, 2) แทนที่จะเป็น O(4, 1) แม้ว่ากาลอวกาศนี้จะปราศจากภาวะเอกฐาน แต่ก็ไม่เสถียรภายใต้การรบกวนเล็กน้อย และหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะเกิดการยุบตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วงในลักษณะเดียวกับสถานะสุดท้ายของเอกภพฟรีดมันน์ที่ กำลังหด ตัว เวลาที่ใช้ในการยุบตัวของเอกภพภายในนั้นอยู่ในระดับไมโครวินาทีหรือน้อยกว่านั้น
ความเป็นไปได้ที่เรากำลังใช้ชีวิตอยู่ในสุญญากาศเทียมนั้น ไม่เคยเป็นเรื่องที่น่ายินดีเลย การเสื่อมสลายของสุญญากาศคือหายนะทางนิเวศวิทยาขั้นสูงสุด ในสุญญากาศใหม่นั้นมีค่าคงที่ใหม่ๆ ของธรรมชาติ หลังจากสุญญากาศเสื่อมสลาย ไม่เพียงแต่ชีวิตอย่างที่เรารู้จักจะเป็นไปไม่ได้เท่านั้น เคมีอย่างที่เรารู้จักก็เช่นกัน อย่างไรก็ตาม เราอาจจะหาความ สบายใจ แบบสงบเสงี่ยมได้จากความเป็นไปได้ที่ว่า บางทีเมื่อเวลาผ่านไป สุญญากาศใหม่นั้นอาจจะยังคงรักษาสิ่งต่างๆ ไว้ได้ หากไม่ใช่ชีวิตอย่างที่เรารู้จัก อย่างน้อยก็โครงสร้างบางอย่างที่สามารถรับรู้ถึงความสุขได้ ความเป็นไปได้นี้ได้ถูกกำจัดไปแล้วในปัจจุบัน
กรณีพิเศษที่สองคือการสลายตัวไปสู่พื้นที่ที่มีค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยาเป็นศูนย์ ซึ่งเป็นกรณีที่ใช้ได้หากเรากำลังอาศัยอยู่ในเศษซากของสุญญากาศเทียมที่สลายตัวไปในยุคจักรวาลตอนต้น กรณีนี้ทำให้เราได้พบกับฟิสิกส์ที่น่าสนใจน้อยกว่าและมีโอกาสน้อยกว่าที่จะใช้ถ้อยคำที่เกินจริงเมื่อเทียบกับกรณีที่ผ่านมา ในตอนนี้ส่วนภายในของฟองสบู่คือพื้นที่มินคอฟสกี ธรรมดา ...
— ซิดนีย์ โคลแมนและ แฟรงค์ เดอ ลูเซีย[ 11 ]
ในบทความที่ตีพิมพ์ในNature เมื่อปี 2548 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการตรวจสอบความเสี่ยงภัยพิบัติระดับโลกนักฟิสิกส์จาก MIT Max Tegmarkและนักปรัชญาจาก Oxford Nick Bostromได้คำนวณความเสี่ยงตามธรรมชาติของการทำลายล้างโลกไว้ที่น้อยกว่า 1/ 10⁹ต่อปีจากเหตุการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมด (เช่น เหตุการณ์ที่ไม่ได้เกิดจากมนุษย์) รวมถึงการเปลี่ยนไปสู่สถานะสุญญากาศที่ต่ำกว่า พวกเขาโต้แย้งว่าเนื่องจากผลกระทบจากการเลือกของผู้สังเกตการณ์เราอาจประเมินโอกาสที่จะถูกทำลายโดยการสลายตัวของสุญญากาศต่ำเกินไป เพราะข้อมูลใดๆ เกี่ยวกับเหตุการณ์นี้จะมาถึงเราก็ต่อเมื่อเราถูกทำลายไปแล้วเช่นกัน ซึ่งแตกต่างจากเหตุการณ์ต่างๆ เช่น ความเสี่ยงจากการชนการระเบิดรังสีแกมมาซูเปอร์โนวาและไฮเปอร์โนวาซึ่งเรามีการวัดโดยตรงที่เพียงพอเกี่ยวกับความถี่ของเหตุการณ์เหล่านี้[ 14 ]
ภาวะเงินเฟ้อ
ทฤษฎีจำนวนหนึ่งชี้ให้เห็นว่าการขยายตัวของจักรวาลอาจเป็นผลจากสุญญากาศเทียมที่สลายตัวกลายเป็นสุญญากาศที่แท้จริง การขยายตัวนั้นเองอาจเป็นผลมาจากสนามฮิกส์ที่ถูกกักอยู่ในสถานะสุญญากาศเทียม[ 15 ]โดยที่ค่า λ ของฮิกส์ที่เชื่อมโยงตัวเองและฟังก์ชัน β λ ของมัน ใกล้เคียงกับศูนย์มากที่ ระดับ พลังค์[ 16 ] : 218 เครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน-โพซิตรอนในอนาคตจะสามารถให้การวัดควาร์กท็อปที่แม่นยำซึ่งจำเป็นสำหรับการคำนวณดังกล่าวได้[ 16 ]
ทฤษฎีเงินเฟ้อแบบอลหม่านชี้ให้เห็นว่าจักรวาลอาจอยู่ในสถานะสุญญากาศเทียมหรือสุญญากาศจริงก็ได้อลัน กัทธ์ในข้อเสนอเดิมของเขาเกี่ยวกับเงินเฟ้อของจักรวาล[ 17 ]เสนอว่าเงินเฟ้ออาจสิ้นสุดลงได้ด้วยการก่อตัวของฟองอากาศแบบกลศาสตร์ควอนตัมในลักษณะที่อธิบายไว้ข้างต้น ดูประวัติของทฤษฎีเงินเฟ้อแบบอลหม่าน ในไม่ช้าก็เป็นที่เข้าใจกันว่าจักรวาลที่เป็นเนื้อเดียวกันและสมมาตรไม่สามารถรักษาไว้ได้ด้วยกระบวนการอุโมงค์ที่รุนแรง สิ่งนี้ทำให้อันเดรย์ ลินเด[ 18 ]และอันเดรียส อัลเบรชต์และพอล สไตน์ฮาร์ดต์ [ 19 ]เสนอ "เงินเฟ้อแบบใหม่" หรือ "เงินเฟ้อแบบค่อยเป็นค่อยไป" ซึ่งไม่มีการอุโมงค์เกิดขึ้น และสนามสเกลาร์เงินเฟ้อจะแสดงเป็นกราฟที่มีความลาดชันเล็กน้อย แทน
ในปี 2014 นักวิจัยจาก สถาบันฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ห วู่ฮั่น สังกัด สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน ได้สาธิตทางคณิตศาสตร์ที่เป็นจริงของแนวคิดที่มีอยู่แล้วว่าจักรวาลสามารถถูกสร้างขึ้นเองจากความว่างเปล่า (ไม่มีอวกาศเวลาหรือสสาร ) โดยความผันผวนของควอนตัมของสุญญากาศเทียมที่ไม่เสถียร ทำให้เกิดฟองอากาศของสุญญากาศที่แท้จริงที่ขยายตัว[ 20 ]
ชนิดของการสลายตัวของสุญญากาศ
การสลายตัวของสุญญากาศอิเล็กโทรวีค


เกณฑ์ความเสถียรสำหรับปฏิสัมพันธ์อิเล็กโทรวีคได้รับการกำหนดขึ้นครั้งแรกในปี 1979 [ 21 ]โดยเป็นฟังก์ชันของมวลของฮิกส์โบซอน ตามทฤษฎี และเฟอร์มิออน ที่หนักที่สุด การค้นพบควาร์กท็อปในปี 1995 และฮิกส์โบซอนในปี 2012 ทำให้นักฟิสิกส์สามารถตรวจสอบเกณฑ์ดังกล่าวกับการทดลองได้ ดังนั้นตั้งแต่ปี 2012 ปฏิสัมพันธ์อิเล็กโทรวีคจึงถือเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจที่สุดสำหรับแรงพื้นฐานที่ไม่เสถียร หรือที่รู้จักกันในชื่อ "แรงพื้นฐานที่ไม่เสถียรแบบเสมือน" [ 16 ]สมมติฐานสุญญากาศเท็จที่สอดคล้องกันเรียกว่า "ความไม่เสถียรของสุญญากาศอิเล็กโทรวีค" หรือ "ความไม่เสถียรของสุญญากาศฮิกส์" [ 22 ]สถานะสุญญากาศเท็จในปัจจุบันเรียก ว่า ( ปริภูมิเดอซิทเทอร์ ) ในขณะที่สุญญากาศจริงชั่วคราวเรียกว่า( ปริภูมิแอนติ-เดอซิทเทอร์ ) [ 23 ] [ 24 ]
แผนภาพแสดงช่วงความไม่แน่นอนของมวลของฮิกส์โบซอนและท็อปควาร์กเป็นเส้นรูปวงรี สีพื้นหลังบ่งชี้ว่าสถานะสุญญากาศอิเล็กโทรวีคมีแนวโน้มที่จะเสถียร มีอายุยืนยาว หรือไม่เสถียรโดยสมบูรณ์สำหรับมวลที่กำหนด[ 25 ] [ 26 ]สมมติฐาน "การสลายตัวของสุญญากาศอิเล็กโทรวีค" บางครั้งถูกรายงานผิดว่าเป็นฮิกส์โบซอน "ทำให้จักรวาลสิ้นสุด" [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]มวลของฮิกส์โบซอน 125.18±0.16 GeV/ c 2 [ 30 ] น่าจะอยู่ในฝั่งกึ่งเสถียรของขอบเขตเสถียร-กึ่งเสถียร (ประมาณการในปี 2012 ว่าอยู่ที่ 123.8–135.0 GeV [ 16 ] ) คำตอบที่ชัดเจนต้องอาศัยการวัด มวลขั้วของท็อปควาร์กที่แม่นยำยิ่งขึ้น[ 16 ] อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำในการวัดมวลของฮิกส์โบซอนและท็อปควาร์กที่ดีขึ้นได้เสริมความแข็งแกร่งให้กับการอ้างว่าสุญญากาศอิเล็กโทรวีคทางกายภาพอยู่ในสถานะกึ่ง เสถียรในปี 2018 [ 4 ]ถึงกระนั้น ฟิสิกส์ใหม่ที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคอาจเปลี่ยนแปลงเส้นแบ่งภูมิทัศน์ความเสถียรอย่างมาก ทำให้เกณฑ์ความเสถียรและกึ่งเสถียรก่อนหน้านี้ไม่ถูกต้อง[ 31 ] [ 32 ]การวิเคราะห์ข้อมูลการทำงานของ LHC ในปี 2016 ใหม่ในปี 2022 ส่งผลให้มวลของท็อปควาร์กลดลงเล็กน้อยเป็น 171.77 ± 0.38 GeV ซึ่งใกล้เคียงกับเส้นเสถียรภาพสุญญากาศ แต่ยังคงอยู่ในโซนกึ่งเสถียร[ 33 ] [ 34 ]
หากการวัดอนุภาคฮิกส์โบซอนและท็อปควาร์กบ่งชี้ว่าเอกภพของเราอยู่ในสุญญากาศเทียมชนิดนี้ นั่นหมายความว่าผลกระทบของฟองอากาศจะแพร่กระจายไปทั่วเอกภพด้วยความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสงจากจุดกำเนิดในกาลอวกาศ[ 35 ]การคำนวณโดยตรงภายในแบบจำลองมาตรฐานเกี่ยวกับอายุของสถานะสุญญากาศของเราพบว่ามีอายุมากกว่าหลายปีด้วยความมั่นใจ 95% [ 36 ]
รูปแบบการสลายตัวอื่นๆ
- การสลายตัวไปสู่ค่าคาดหวังสุญญากาศ ที่เล็กลง ส่งผลให้ผลของ Casimir ลดลง และโปรตอนไม่ เสถียร [ 10 ]
- สลายตัวเป็นสุญญากาศด้วยมวลนิวตริโนที่มากขึ้น (อาจเกิดขึ้นเมื่อไม่กี่พันล้านปีก่อน) [ 7 ]
- สลายตัวเป็น สุญญากาศโดยไม่มีพลังงานมืด[ 8 ]
- การสลายตัวของสุญญากาศเทียมที่อุณหภูมิจำกัด[ 37 ]ได้รับการสังเกตครั้งแรกในซูเปอร์ฟลูอิดเฟอร์โรแมกเนติกของอะตอมเย็นยิ่งยวด[ 38 ]
การก่อตัวของฟองอากาศ
เมื่อสุญญากาศเทียมสลายตัว สุญญากาศจริงที่มีพลังงานต่ำกว่าจะก่อตัวขึ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการก่อตัวของฟองอากาศ[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 3 ]ในกระบวนการนี้ ผลกระทบ ของอินสแตนตอนทำให้เกิดฟองอากาศที่มีสุญญากาศจริงปรากฏขึ้น ผนังของฟองอากาศ (หรือผนังโดเมน ) มีแรงตึงผิว เป็นบวก เนื่องจากพลังงานถูกใช้ไปเมื่อสนามเคลื่อนที่ผ่านกำแพงศักย์ไปยังสุญญากาศจริง แรงตึงผิวของฟองอากาศมีแนวโน้มที่จะเป็นกำลังสามของรัศมีของฟองอากาศ ในขณะที่แรงตึงผิวของสุญญากาศจริงเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของรัศมี ดังนั้นจึงมีขนาดวิกฤตที่พลังงานรวมของฟองอากาศเป็นศูนย์ ฟองอากาศขนาดเล็กมีแนวโน้มที่จะหดตัว ในขณะที่ฟองอากาศขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะเติบโต เพื่อให้สามารถก่อตัวได้ ฟองอากาศต้องเอาชนะกำแพงพลังงานที่มีความสูง[ 3 ]
| สมการที่ 1 |
โดยที่คือความแตกต่างของพลังงานระหว่างสุญญากาศจริงและสุญญากาศปลอมคือแรงตึงผิว ที่ไม่ทราบค่า (อาจมีค่ามากมหาศาล) ของผนังโดเมน และคือรัศมีของฟองอากาศ การเขียนสมการที่ 1 ใหม่จะได้รัศมีวิกฤตดังนี้
| สมการที่ 2 |
ฟองอากาศที่มีขนาดเล็กกว่าขนาดวิกฤตสามารถเอาชนะกำแพงศักย์ได้ด้วยการอุโมงค์ควอนตัมของอินสแตนตอนไปยังสถานะพลังงานที่ต่ำกว่า สำหรับกำแพงศักย์ขนาดใหญ่ อัตราการอุโมงค์ต่อหน่วยปริมาตรของพื้นที่จะได้รับจาก[ 44 ]
| สมการที่ 3 |
โดย ที่ค่าคงที่ของพลังค์ที่ลดลงคือทันทีที่ฟองสุญญากาศพลังงานต่ำเติบโตเกินรัศมีวิกฤตที่กำหนดโดยสมการ 2ผนังของฟองจะเริ่มเร่งออกไปด้านนอก เนื่องจากความแตกต่างของพลังงานระหว่างสุญญากาศปลอมและสุญญากาศจริงมีขนาดใหญ่ ความเร็วของผนังจึงเข้าใกล้ความเร็วแสงอย่างรวดเร็วมาก ฟองไม่ก่อให้เกิดผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงใดๆ เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานลบภายในฟองถูกหักล้างด้วยพลังงานจลน์บวกของผนัง[ 11 ]
ฟองอากาศขนาดเล็กของสุญญากาศที่แท้จริงสามารถพองตัวจนถึงขนาดวิกฤตได้โดยการให้พลังงาน[ 45 ]แม้ว่าความหนาแน่นของพลังงานที่ต้องการจะมากกว่าที่ได้รับในกระบวนการทางธรรมชาติหรือเทียมหลายเท่า[ 10 ]นอกจากนี้ยังคิดว่าสภาพแวดล้อมบางอย่างสามารถเร่งการก่อตัวของฟองอากาศได้โดยการลดกำแพงศักย์[ 46 ]
ผนังฟองมีความหนาจำกัด ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนระหว่างกำแพงพลังงานและพลังงานที่ได้รับจากการสร้างสุญญากาศที่แท้จริง ในกรณีที่ความสูงของกำแพงศักย์ระหว่างสุญญากาศที่แท้จริงและสุญญากาศเทียมมีขนาดเล็กกว่าความแตกต่างของพลังงานระหว่างสุญญากาศมาก ความหนาของเปลือกจะเทียบได้กับรัศมีวิกฤต[ 47 ]
เมล็ดสำหรับการสร้างนิวเคลียส
โดยทั่วไป เชื่อกันว่าแรงโน้มถ่วงจะทำให้สถานะสุญญากาศเท็จมีเสถียรภาพ[ 48 ]อย่างน้อยก็สำหรับการเปลี่ยนผ่านจาก(พื้นที่เดอซิทเทอร์) ไปยัง(พื้นที่แอนติเดอซิทเทอร์) [ 49 ]ในขณะที่ข้อบกพร่องทางทอพอโลยีรวมถึงสายคอสมิก[ 50 ]และโมโนโพลแม่เหล็กอาจเพิ่มความน่าจะเป็นของการสลายตัว[ 10 ]
หลุมดำในฐานะเมล็ดพันธุ์แห่งการก่อตัวของนิวเคลียส
ในการศึกษาในปี 2015 [ 46 ]ชี้ให้เห็นว่าอัตราการสลายตัวของสุญญากาศอาจเพิ่มขึ้นอย่างมากในบริเวณใกล้เคียงกับหลุมดำ ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นเมล็ดพันธุ์ของการก่อตัว[ 51 ]จากการศึกษานี้ การสลายตัวของสุญญากาศที่อาจก่อให้เกิดหายนะสามารถถูกกระตุ้นได้ตลอดเวลาโดยหลุมดำดั้งเดิมหากพวกมันมีอยู่จริง อย่างไรก็ตาม ผู้เขียนตั้งข้อสังเกตว่าหากหลุมดำดั้งเดิมทำให้เกิดการยุบตัวของสุญญากาศเทียม มันควรจะเกิดขึ้นนานก่อนที่มนุษย์จะวิวัฒนาการบนโลก การศึกษาต่อมาในปี 2017 ระบุว่าฟองอากาศจะยุบตัวลงในหลุมดำดั้งเดิมแทนที่จะกำเนิดจากมัน ไม่ว่าจะโดยการยุบตัวแบบปกติหรือโดยการโค้งงอของอวกาศในลักษณะที่มันแตกออกเป็นจักรวาลใหม่[ 52 ]ในปี 2019 พบว่าแม้ว่าหลุมดำขนาดเล็กที่ไม่หมุนอาจเพิ่มอัตราการก่อตัวของสุญญากาศที่แท้จริง แต่หลุมดำที่หมุนอย่างรวดเร็วจะทำให้สุญญากาศเทียมมีเสถียรภาพในอัตราการสลายตัวที่ต่ำกว่าที่คาดไว้สำหรับกาลอวกาศแบบแบน[ 53 ] [ 54 ]
หากการชนกันของอนุภาคก่อให้เกิดหลุมดำขนาดเล็ก การชนกันที่มีพลังงานสูง เช่น การชนกันที่เกิดขึ้นในเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (LHC) อาจกระตุ้นให้เกิดเหตุการณ์การสลายตัวของสุญญากาศ ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่ดึงดูดความสนใจของสื่อต่างๆ อย่างไรก็ตาม สถานการณ์ดังกล่าวอาจไม่สมจริง เพราะหากสามารถสร้างหลุมดำขนาดเล็กได้จากการชนกัน หลุมดำเหล่านั้นก็จะถูกสร้างขึ้นในการชนกันที่มีพลังงานสูงกว่ามากของอนุภาครังสีคอสมิกกับพื้นผิวของดาวเคราะห์ หรือในช่วงเริ่มต้นของจักรวาลในฐานะหลุมดำดั้งเดิมชั่วคราว[ 55 ] Hut และ Rees [ 56 ]ตั้งข้อสังเกตว่า เนื่องจาก มีการสังเกตการชนกัน ของรังสีคอสมิกที่พลังงานสูงกว่าที่เกิดขึ้นในเครื่องเร่งอนุภาคบนโลกมาก การทดลองเหล่านี้จึงไม่น่าจะเป็นภัยคุกคามต่อสุญญากาศในปัจจุบันของเราอย่างน้อยในอนาคตอันใกล้ เครื่องเร่งอนุภาคมีพลังงานสูงถึงเพียงประมาณ 8 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ (8×10 12 eV) มีการสังเกตการชนกันของรังสีคอสมิกที่พลังงาน 5×10 19 eV ขึ้นไป ซึ่งมีพลังงานมากกว่าถึงหกล้านเท่า – ซึ่งเรียกว่าขีดจำกัด Greisen–Zatsepin–Kuzmin – และรังสีคอสมิกในบริเวณใกล้เคียงแหล่งกำเนิดอาจมีพลังงานมากกว่านั้นอีก John Leslie ได้โต้แย้ง[ 57 ]ว่าหากแนวโน้มปัจจุบันยังคงดำเนินต่อไป เครื่องเร่งอนุภาคจะให้พลังงานมากกว่าการชนกันของรังสีคอสมิกที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติภายในปี 2150 ความกังวลในลักษณะนี้ถูกยกขึ้นโดยนักวิจารณ์ของทั้งเครื่องเร่งอนุภาคหนักเชิงสัมพัทธภาพและเครื่องเร่งอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ในขณะที่มีการเสนอโครงการดังกล่าว และถูกตัดสินว่าไม่มีมูลความจริงจากการตรวจสอบทางวิทยาศาสตร์
ในบทความปี 2021 โดย Rostislav Konoplich และคณะ ได้ตั้งสมมติฐานว่าพื้นที่ระหว่างหลุมดำขนาดใหญ่สองหลุมที่กำลังจะชนกันอาจก่อให้เกิดสภาวะที่สามารถสร้างฟอง "สุญญากาศแท้" ได้ พื้นผิวที่ตัดกันระหว่างฟองเหล่านี้อาจมีความหนาแน่นอนันต์และก่อตัวเป็นหลุมดำขนาดเล็ก จากนั้นหลุมดำขนาดเล็กเหล่านี้จะระเหยไปโดยการปล่อยรังสีฮอว์คิงในเวลาประมาณ 10 มิลลิวินาทีก่อนที่หลุมดำขนาดใหญ่จะชนกันและกลืนกินฟองหรือหลุมดำขนาดเล็กใดๆ ที่ขวางทาง ทฤษฎีนี้สามารถทดสอบได้โดยการมองหารังสีฮอว์คิงที่ปล่อยออกมาทันทีก่อนที่หลุมดำจะรวมตัวกัน[ 58 ] [ 59 ]
การแพร่กระจายของฟองอากาศ
ผนังฟองอากาศที่แพร่กระจายออกไปเกือบเท่าความเร็วแสงมีความหนาจำกัด ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนระหว่างกำแพงพลังงานและพลังงานที่ได้รับจากการสร้างสุญญากาศที่แท้จริง ในกรณีที่ความสูงของกำแพงศักย์ระหว่างสุญญากาศที่แท้จริงและสุญญากาศเทียมมีขนาดเล็กกว่าความแตกต่างของพลังงานระหว่างสุญญากาศมาก ความหนาของผนังฟองอากาศจะเทียบได้กับรัศมีวิกฤต[ 47 ]
อนุภาคพื้นฐานที่เข้าสู่ผนังมีแนวโน้มที่จะสลายตัวเป็นอนุภาคอื่นหรือหลุมดำ หากเส้นทางการสลายตัวทั้งหมดนำไปสู่อนุภาคที่มีมวลมาก กำแพงพลังงานของการสลายตัวดังกล่าวอาจส่งผลให้เกิดฟองสุญญากาศเทียมที่เสถียร (หรือที่เรียกว่าลูกบอลเฟอร์มิ ) ซึ่งล้อมรอบอนุภาคสุญญากาศเทียมแทนที่จะสลายตัวทันที วัตถุหลายอนุภาคสามารถทำให้เสถียรเป็นลูกบอล Q ได้แม้ว่าในที่สุดวัตถุเหล่านี้จะชนกันและสลายตัวเป็นหลุมดำหรืออนุภาคสุญญากาศที่แท้จริงก็ตาม[ 60 ]
การเสื่อมสภาพของสุญญากาศเทียมในนิยาย
บางครั้งสมมติฐานเกี่ยวกับเหตุการณ์การสลายตัวของสุญญากาศเทียมถูกนำมาใช้เป็นกลไก ในการดำเนิน เรื่องในงานเขียนที่พรรณนาถึงเหตุการณ์วันสิ้นโลก
- ในปี 1980 โดยแจ็ค แอล. ชอล์คเกอร์ในนวนิยายวิทยาศาสตร์เรื่องThe Return of Nathan Brazilซึ่งเป็นเล่มที่สี่ใน ชุด Well of Souls (แม้ว่าจะไม่ได้ระบุชื่อนี้ในนวนิยายก็ตาม)
- 1988 โดยGeoffrey A. Landisในเรื่องสั้นแนววิทยาศาสตร์เรื่องVacuum States [ 61 ]
- 2000 โดยStephen Baxterในนิยายวิทยาศาสตร์เรื่องTime [ 62 ]
- ในปี 2002 โดยเกร็ก อีแกนในนวนิยายวิทยาศาสตร์เรื่องSchild's Ladder ของเขา
- ในปี 2002 โดยหลิว ซีซินในเรื่องสั้นแนววิทยาศาสตร์เรื่อง " ได้ยินเสียงในตอนเช้า"
- ผลงานของ โคจิ ซูซูกิ ใน ปี 2008 ในนวนิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง Edge
- ในปี 2015 โดยอลัสแตร์ เรย์โนลด์สในนวนิยายวิทยาศาสตร์เรื่องPoseidon's Wake ของเขา
- ลิขสิทธิ์ปี 2018 โดย System Erasure ในวิดีโอเกมZeroRanger ของพวกเขา
- ผลงานปี 2020 โดยฟิลิป พี. ปีเตอร์สันในนวนิยายวิทยาศาสตร์เรื่องVakuum
ดูเพิ่มเติม
- การขยายตัวชั่วนิรันดร์ – แบบจำลองจักรวาลที่ขยายตัวในเชิงสมมติฐาน
- การทำความเย็นยิ่งยวด – การลดอุณหภูมิของของเหลวให้ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งโดยที่ของเหลวนั้นไม่กลายเป็นของแข็ง
- การอุ่นยิ่งยวด – การให้ความร้อนแก่ของเหลวจนถึงอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดโดยไม่ทำให้เดือด
- ความว่างเปล่า – พื้นที่ว่างขนาดใหญ่ระหว่างเส้นใยกาแล็กซี โดยมีกาแล็กซีอยู่น้อยหรือไม่มีเลย
- จักรวาลวิทยาควอนตัม – ความพยายามในการพัฒนาทฤษฎีจักรวาลวิทยาเชิงกลศาสตร์ควอนตัม
- ทำไมจึงมีสิ่งต่างๆ อยู่เลย? § บางสิ่งอาจมีอยู่โดยจำเป็น – คำถามเชิงอภิปรัชญา
- ฟองอากาศแห่งความว่างเปล่า – ความไม่เสถียรทางคณิตศาสตร์ในทฤษฎีสตริง
อ่านเพิ่มเติม
- ราเฟลสกี, โยฮันน์ ; มุลเลอร์, เบิร์นดท์ (1985). สุญญากาศที่มีโครงสร้าง: การคิดถึงความว่างเปล่า . ทูน: เอช. ดอยช์ . ISBN 978-3-87144-889-8.
- โคลแมน, ซิดนีย์ (1988). แง่มุมของสมมาตร: บทบรรยายเอริคที่คัดเลือก . เคมบริดจ์: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ . ISBN 978-0-521-31827-3.
ลิงก์ภายนอก
- SimpleBounceบนGitHubคำนวณการกระทำแบบยูคลิดสำหรับโซลูชันการกระเด้งที่ส่งผลให้เกิดการลดลงของสุญญากาศที่ผิดพลาด
- ราเฟลสกี, โยฮันน์ ; มุลเลอร์, เบิร์นดท์ (1985). สุญญากาศที่มีโครงสร้าง – การคิดถึงความว่างเปล่า (PDF) . H. Deutsch. ISBN 3-87144-889-3.
- กัทธ์, อลัน . "ฟองอากาศชั่วนิรันดร์?" . พีบีเอส . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 25 สิงหาคม 2555
- โอเดนวาลด์, สเตน (1983). "การเสื่อมสลายของสุญญากาศเทียม "
- การจำลองการสลายตัวของสุญญากาศเทียมโดยการเกิดฟองอากาศบน YouTube – โจเอล โธรารินสัน
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ สุญญากาศเทียม
ใน ทฤษฎีสนามควอนตัม สุญญากาศเทียม [ 1 ] คือ สถานะ สุญญากาศ สมมติ ที่เสถียรในระดับท้องถิ่น แต่ไม่ได้ครอบครอง สถานะพื้นฐาน ที่ เสถียร ที่สุดที่เป็นไปได้ [ 2 ]...
นิยามของสุญญากาศที่แท้จริงและสุญญากาศเท็จ
สุญญากาศ ถูกนิยามว่าเป็นพื้นที่ที่มีพลังงานน้อยที่สุดเท่า ที่ จะเป็นไปได้ แม้จะมีชื่อว่าสุญญากาศ แต่ในสุญญากาศก็ยังมี สนาม ควอนตัม อยู่ สุญญากาศที่แท้จริงมีความเสถียรเพราะมี พลังงาน ต่ำสุดในระดับสากล และโดยทั่วไปถือว่าตรงกับ สถานะสุญญากาศ ทางกายภาพ...
ภัยคุกคามต่อการดำรงอยู่
หากเอกภพของเราอยู่ในสถานะสุญญากาศเทียมแทนที่จะเป็นสถานะสุญญากาศจริง การสลายตัวจากสุญญากาศเทียมที่ไม่เสถียรน้อยกว่าไปสู่สุญญากาศจริงที่เสถียรกว่า (เรียกว่าการสลายตัวของสุญญากาศเทียม) อาจส่งผลกระทบอย่างร้ายแรง [ 5 ] [ 6 ]...
ภาวะเงินเฟ้อ
ทฤษฎีจำนวนหนึ่งชี้ให้เห็นว่า การขยายตัวของจักรวาล อาจเป็นผลจากสุญญากาศเทียมที่สลายตัวกลายเป็นสุญญากาศที่แท้จริง การขยายตัวนั้นเองอาจเป็นผลมาจาก สนามฮิกส์ ที่ถูกกักอยู่ในสถานะสุญญากาศเทียม [ 15 ] โดยที่ค่า λ ของฮิกส์ ที่เชื่อมโยงตัวเอง และฟังก์ชัน β λ ของมัน...