Simulação quântica mostra como ‘bolhas’ que destruírem o universo podem crescer

Simulação quântica mostra como ‘bolhas’ que destruírem o universo podem crescer

Por Dan Garisto editado por Lee Billings

A boa notícia é que você e todo mundo que você ama morrerem muito antes que isso aconteça.

Agora, para as más notícias. Algum dia, no futuro distante, eras além de seus 13,8 bilhões de anos adolescência, o universo pode sofrer um “Falsa decaimento a vácuo. ” Isso envolveria uma “bolha” de poder incompreensivelmente destrutivo que se materializaria e ondula espontaneamente através do espaço -tempo na velocidade da luz. Esse evento reescreveria as leis fundamentais da física e obliteraria nossa realidade no equivalente a um comando cósmico de corte e colar.

“O que quer que estivesse (estava) no falso vácuo – então isso seria nós – desapareceriam imediatamente quando essa bolha se espalhasse por nós”, diz Jaka Vodeb, físico do Jülich Heart, na Alemanha.

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Durante décadas, os físicos teóricos se perguntam se o universo é estável ou metaestável. No último cenário, está em um “falso vácuo que acabará se decapando para um estado de menor energia, um verdadeiro vácuo. “Vacuum”, neste caso, não se refere a um aparelho nem ao espaço sideral, mas a um estado de espaço verdadeiramente vazio, que ainda pode ter energia mesmo quando é desprovido de partículas. Nos últimos anos, os colegas experimentais dos teóricos começaram a mexer com sistemas quânticos para criar sistemas análogos no laboratório (dado que o trabalho com bolhas de boa fé no universo que anihilam seriam um pouco arriscadas).

No início deste mês, Vodeb e seus colegas publicaram as descobertas de sua simulação cósmica de bolhas em Nature Physics. Usando um recozimento quântico de 5.564 quits de a empresa D-Wave Para criar essencialmente uma cadeia unidimensional de ímãs altamente sensíveis que podem apontar para cima ou para baixo, eles simularam o crescimento e as interações das bolhas cósmicas.

Os pesquisadores organizaram o primeiro qubits Apontar e depois sintonizar um campo magnético para que apontar para baixo fosse energeticamente favorável. Com o tempo, alguns qubits caíram para apontar para baixo, e os giro em cascata para qubits próximos, formando grupos ou bolhas. As bolhas analógicas cresceram e se fundiram, combinando previsões sobre seus colegas cósmicos. Os resultados, primeiro compartilhado No servidor pré -impressão arxiv.org em junho de 2024, representa a primeira vez que as interações cósmicas foram simuladas.

“Esta é uma das manifestações mais simples de como um vácuo pode se deteriorar em um sistema físico actual com uma teoria analítica adequada por trás dele”, diz Roopayan Ghosh, teórico da College Faculty London, que foi revisor de pares do jornal. “É por isso que acho que as pessoas deveriam achar interessante.”

Ao contrário do assunto apocalíptico, os físicos que estudam falsos decaimentos a vácuo são bastante zen sobre a coisa toda. “Na verdade, não, você sabe, viva com medo existencial”, diz Vodeb.

Tanto tempo, e obrigado por todo o peixe congelado flash

Para entender a metaestabilidade do falso vácuo, comece por enchendo uma garrafa com água destilada e colocá -la no freezer por algumas horas. A água da garrafa, livre de poeira ou produtos químicos para desencadear a cristalização no gelo, pode permanecer líquido abaixo do ponto de congelamento regular. Este é um estado metaestável. Apertar a garrafa causará o água tremendous -resfriada para congelar imediatamente para gelo, mudando para seu estado estável.

Outro exemplo de metaestabilidade, mais mórbida aproveitada de bolhas de closing de universo, envolve peixes.

O bacalhau da Groenlândia (Gadus Ogac) é um peixe de cor marrom que é desinteressante-aumenta o fato de que seu sangue congela cerca de –0,7 graus Celsius. Durante o inverno, a água do mar em sua faixa geográfica é mais fria do que isso, atingindo uma temperatura gelada de -1,9 graus C. O bacalhau não é mais quente, mas nadam bem – a menos que sejam colocados em contato com o gelo. Pesquisadores estudando o fenômeno nos fiordes do norte do Canadá na década de 1950 Coloquei o peixe no gelo e assistiu: os cristais de gelo surgiram na pele dos bacalhau, matando rapidamente o peixe e criando um monumento congelado para precariedade metaestável.

Enquanto o bacalhau congelado flash é um fenômeno clássico, o decaimento de vácuo falso requer Tunelamento quânticoem que uma flutuação altamente improvável leva o universo a um estado diferente. Quão improvável é essa flutuação? Se o universo é de fato metaestável, cálculos recentes de decaimento a vácuo colocaram sua vida em cerca de 10⁷⁹⁰ anos, um número tão grande que você poderia esperar mais 13,8 bilhões de anos para a chegada de uma melhor analogia, e a aniquilação cósmica ainda seria 10⁷⁹⁰ anos de distância.

Supondo que você tenha a sorte de estar por perto para uma cárie falsa, os físicos deduziram que há notícias encorajadoras adicionais. “Como conseqüência dessa rápida expansão, se uma bolha estivesse se expandindo para nós neste momento, não teríamos essencialmente nenhum aviso de sua abordagem até sua chegada”, escreveu Sidney Coleman, teórica da Universidade de Harvard, Em um artigo de 1977.

Na falta de um “universo em uma garrafa”, os físicos aprenderam a soprar “bolhas” em uma variedade de mídias. Um revalente quântico é lento e Não é muito útil para computaçãoVodeb diz, mas seus milhares de qubits são ideais para essa simulação porque são muito controláveis, permitindo que a formação de bolhas seja facilmente iniciada e observada.

No ano passado, Alessandro Zenesini e seus colegas da Universidade de Trento na Itália relataram suas observações de uma bolha Em uma coleção de cerca de um milhão de átomos de sódio que eram do tamanho de uma semente de papoula e resfriados a zero quase absolutos. Nesse caso, a bolha consistia em pedaços de milhares de átomos que lançaram sua orientação para imitar a mudança de um vácuo falso para um verdadeiro.

Embora esses aglomerados atômicos estejam mais próximos da imagem convencional de uma bolha do que os qubits do recozimento no novo estudo, eles ainda são apenas um modelo de brinquedo bruto do universo – principalmente, eles não têm qualquer inclusão significativa de gravidade. “Não podemos dizer nada sobre o universo actual”, baseado no experimento de 2024 na Itália, diz Alessio Recati, teórica da Universidade de Trento e membro do grupo que conduziu esse estudo anterior.

Isso, é claro, levanta uma pergunta mais ampla e um tanto importante, embora não urgente: o cosmos é realmente metaestável, destinado distante para extinção por bolhas cósmicas? “Pode ser”, diz Zenesini Breezily. “Quem sabe?”