Вселенная может возникнуть из ничего / Квантовые флуктуации вакуума

Долгие годы физики безуспешно пытаются построить квантовую теорию гравитации, целью которой является квантовое описание гравитационного взаимодействия. Основная трудность в её построении заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино – квантовая механика и общая теория относительности, опираются на разные наборы принципов.
Квантовая механика при всех своих странностях и парадоксах описывает свойства объектов, которые существуют в неискривленном ньютоновском пространстве. А теория гравитации должна будет наложить квантовомеханические законы на свойства самого пространства (точнее, пространства-времени), учитывая его деформацию в соответствии с уравнениями общей теории относительности. Звучит сложно, не правда ли? А как это сделать с помощью строгих математических выражений, учёные тем более пока еще не понимают.
В поисках истины физики обратились к хорошо известному явлению образования и уничтожения «виртуальных частиц». Изначально виртуальные частицы были предсказаны в теории, чтобы объяснить фундаментальные взаимодействия между реальными частицами. Под виртуальной частицей (англ. Virtual particle) в квантовой теории поля понимают некий объект, обладающий квантовыми числами одной из реально существующих элементарных частиц, который должен быть поглощен другой элементарной частицей либо распасться и исчезнуть. В целом виртуальные частицы не нарушают закон сохранения энергии, поскольку они существуют только короткое время, определенное принципом неопределенности Гейзенберга.
Позднее было подтверждено, что даже в вакууме, который мы привыкли называть «абсолютной пустотой», существуют колебания либо электрического, либо магнитного поля – как следствие принципа неопределенности Гейзенберга, который гласит, что мы не можем измерить свойства обоих этих полей (также как скорость и импульс частицы) одновременно и точно.
Именно благодаря беспрестанному появлению и исчезновению виртуальных частиц и происходят квантовые флуктуации в вакууме – кратковременные колебания уровня энергии в единице объема пространства-времени. Спонтанное (но очень кратковременное) появление из вакуума субатомных частиц получило название «квантовая флуктуация».
Это явление также помогает объяснить испарение черных дыр по Хокингу, выделение фотона при распаде возбужденного атома или ядра, рождение пары частица-античастица, и многие другие эффекты, которым без квантовых флуктуаций просто неоткуда взяться.
Итак, виртуальные частицы появляются и исчезают за такие короткие интервалы времени, что их невозможно увидеть, зато можно уловить эффекты, создаваемые ими. Краткосрочное время жизни этих частиц обусловлено принципом неопределенности Гейзенберга (ПНГ), согласно которому это состояние не может иметь точно определенной энергии.
Этот же принцип неопределенности Гейзенберга ограничивает время, в течение которого может сохраняться квантовая флуктуация. Чем больше энергия флуктуации, тем короче время ее сохранения. Именно по этой причине виртуальные частицы появляются и исчезают через очень короткие интервалы времени.
Интересно, что в связи с этим, многие известные учёные рассматривают такой вариант, что и возникновение нашей Вселенной может являться результатом подобной квантовой флуктуации. Таким образом, если обдумывать пути к объединению квантовой механики с теорией гравитации на качественном уровне, появляются очень интересные перспективы.
Одну из них рассмотрел космолог, профессор Аризонского университета Лоуренс Краусс в своей недавно изданной книге «A Universe From Nothing» («Вселенная из ничего»). На первый взгляд его гипотеза выглядит просто фантастической, однако она не противоречит установленным законам физики. Общепринято, что наша Вселенная возникла из очень горячего начального состояния, тем не менее, существует вероятность и холодного рождения вселенных из чистого вакуума – точнее, из квантовых флуктуаций вакуума.
Известно, что такие флуктуации порождают великое множество виртуальных частиц, буквально возникших из небытия и впоследствии бесследно исчезнувших. По утверждению Краусса, вакуумные флуктуации в принципе способны давать начало протовселенным, которые при определенных условиях переходят из виртуального состояния в реальное......
Подписаться на канал: https://www.youtube.com/channel/UCJAgeuidYRfuAMALAXwGCPw
Мы в ВКонтакте https://vk.com/sporimvyneznali
Композиция "Sunrise On Mars" принадлежит исполнителю Audionautix. Лицензия: Creative Commons Attribution (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Композиция "Cylinder Eight" принадлежит исполнителю Chris Zabriskie. Лицензия: Creative Commons Attribution (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Оригинальная версия: http://chriszabriskie.com/cylinders/.
Исполнитель: http://chriszabriskie.com/

Видео Вселенная может возникнуть из ничего / Квантовые флуктуации вакуума канала Спорим, вы не знали?