Slovenski fizik je odstrl pogled na možen konec vesolja

Včasih se zdi, da o vesolju vemo kar nekaj. Vendar je v resnici naše znanje o tem velikanskem prostoru majhno in vedno znova odstiramo nove stvari.
Tako na primer precej dobro vemo, kaj se je dogajalo nekaj drobcenih delov sekunde po tem, ko je nastalo, čeprav tega, kako in zakaj je nastalo, ne vemo.

Zelo verjetno je tudi, da bo naše vesolje nekoč prenehalo obstajati. Tudi to, kdaj in kako, trenutno bolj ugibamo.

O tem obstaja nekaj teorij in ena od njih govori, da utegne vesolje doživeti nekaj, čemur fiziki pravijo "razpad lažnega vakuuma". Sliši se nadvse skrivnostno in malce srhljivo.
Prav slovenski fizik, dr. Jaka Vodeb, z Odseka za kompleksne snovi na Institutu Jožef Stefan je skupaj z mednarodno ekipo kolegov in s pomočjo najsodobnejše tehnologije preučeval ta pojav ter prišel do odkritja, ki prinaša novo znanje o njem.

Kaj je lažni vakuum?

Če hočemo razumeti odkritje, moramo najprej razumeti, kaj je "razpad lažnega vakuuma". Zato se najprej ustavimo pri besedi vakuum.

V vsakdanjem jeziku vakuum običajno razumemo kot "praznino", "nič", "prazen prostor" ali pa vsaj nekaj, kar je povezano s sesalnikom za prah, ki mu po angleško pravijo "vacuum-cleaner" (vakuumski čistilnik), ali pa z vakuumsko črpalko.
V fiziki pa vakuum pomeni stanje, v katerem ima neki sistem (atom, molekula ali pa vesolje) najnižjo energijo. Takrat je sistem tudi stabilen.

Obstaja pa tudi stanje, ki ga imenujejo "lažni vakuum". To je stanje, v katerem se sistem zdi stabilen, čeprav v resnici ni.

Ena od primerjav, kako si to predstavljati, je recimo sneg v gorah. Lahko se zdi, da je stabilen in trden, vendar pa pod določenimi pogoji lahko spolzi kot plaz.
Dr. Vodeb ponuja boljšo primerjavo: "Lažni vakuum si lahko predstavljamo kot plastenko z destilirano vodo, ki ne vsebuje nobenih prašnih delcev ali kemikalij. Takšno vodo lahko postavimo v zamrzovalnik, pa bo ostala tekoča tudi pri temperaturah pod lediščem. Če pa jo vzamemo iz hladilnika in potresemo, se bo začela spreminjati v led, torej v energetsko ugodnejše, stabilno stanje."

Je vesolje kot podhlajena destilirana voda?

Podobno kot podhlajena destilirana voda v zamrzovalniku je morda tudi vesolje, je dejal v pogovoru za N1. Lahko se zdi, da je stabilno, vendar ni nujno tako.
Debata o tem poteka že dolgo.

Ena od teorij pravi, da se je nekoč, kmalu po nastanku, vesolje ohladilo v nestabilen "lažni vakuum" in da bo nekoč v prihodnosti "preskočilo" v stanje pravega vakuuma, torej v stabilno stanje.

Takrat naj bi se v vesolju pojavili nekakšni zametki, "mehurčki" pravega vakuuma, ki bi se nato širili po prostoru.

Mehurčki, kvantni žarilnik in "zloglasno težek pojav"

Prav širjenje teh "mehurčkov" pravega vakuuma je preučeval dr. Vodeb s pomočjo kvantnega žarilnika, vrste kvantnega računalnika.
Tehnično povedano, je dr. Vodeb s sodelavci na 5.664 kubitih (osnovnih gradnikih kvantnega računalnika) ustvaril enodimenzionalno verigo zelo občutljivih magnetov z enako usmerjenim spinom.

Nato so znanstveniki nastavili magnetno polje tako, da je bil obrnjeni spin energetsko ugodnejši, in opazovali, kaj se dogaja.

Sčasoma so se nekateri kubiti obrnili, tako obrnjeni pa so se spustili na bližnje kubite in oblikovali grozde ali mehurčke.
Ti mehurčki so nato rasli in se zlivali tako, kot napoveduje teorija o razpadu lažnega vakuuma.

"To je pravzaprav samo simulacija razpada lažnega vakuuma, ki je analogen resničnemu procesu," je pojasnil dr. Vodeb. Ta pa je nadvse zapleten oziroma, kot se je izrazil dr. Vodeb, "zloglasno težek pojav", zaradi česar je tudi uporabil kvantni računalnik. Ti računalniki so namreč veliko zmogljivejši od klasičnih računalnikov, njihovo uporabnost pa šele preizkušajo.

Raziskava z daljnosežnimi posledicami

Dr. Vodeb je bil prvi, ki je simulacijo razpada lažnega vakuuma preizkusil na kvantnem računalniku.
Raziskava slovenskega fizika je bila tudi neke vrste preizkus kvantnega računalnika, ki je dal dobre rezultate. Povedano preprosto – uporaba kvantnega žarilnika je ne le razkrila nove podatke o razpadu lažnega vakuuma, ampak omogočila, da bi tovrstne simulacije lahko izvajali na klasičnih računalnikih.

To pa po drugi strani potrjuje uporabnost kvantnega računalnika in "odpira pot prihodnjim tehnologijam, ki bi lahko korenito spremenile področja, kot so kriptografija, znanost o materialih in energetsko učinkovito računalništvo", je dr. Vodeb zapisal v sporočilu za javnost.

Se bo vesolje že jutri sesulo kot hišica iz kart?

Kaj bi preskok iz lažnega v pravi vakuum pomenil? "Predvsem bi vse zakone fizike, ki jih poznamo, postavil pod vprašaj. Če bi se ti spremenili, bi se spremenilo vse," je pojasnil dr. Vodeb.
"Osnovni delci, kot so elektroni ali drugi subatomski delci, bi imeli drugačne mase in druge lastnosti, kot je recimo spin.

To pa bi pomenilo, da bi bile drugačne tudi sile med njimi in tako naprej … Vse, kar danes obstaja, vključno z nami, bi prenehalo obstajati."

Se moramo bati razpada lažnega vakuuma oziroma tega, da bi se zgodil že jutri? Ne. Če se še ni zgodil v preteklosti, se bo (če se bo) v milijarde let oddaljeni prihodnosti.