Epävakaa maailmankaikkeutemme: Why the False Vacuum Could Be Our End

Jopa ennen kuin Higgsin bosoni löydettiin lähes tarkalleen seitsemän vuotta sitten, se oli jo saanut lempinimen jumalhiukkanen. Tämä johtuu siitä, että hiukkasfysiikan Standardimallin uusin lisäys viestitti meille myös Higgsin kentän olemassaolosta – aineen, joka on näkymätön ja silti koko avaruuden läpäisevä. Asumme siinä jo nyt, ja meitä ympäröi sen nollasta poikkeava energia, joka antaa hiukkasille niiden massan. Fotonit, elektronit, kvarkit ja kaikki muut alkeishiukkaset, joista maailmamme koostuu, saavat massansa vuorovaikutuksesta Higgsin kentän kanssa. Mitä suuremman vastuksen hiukkanen kohtaa liikkuessaan kentän läpi, sitä suurempi on hiukkasen massa. Esimerkiksi neutriinon on helpompi liikkua Higgsin kentän läpi kuin tau-leptonin, joten sen massa on pienempi kuin tau-leptonin. Hiukkasten massa on valtava tekijä fysiikan lakiemme määrittämisessä. Se sanelee, miten kaikki on vuorovaikutuksessa keskenään ja millaista kemiaa voi tapahtua avaruuden kylmässä, hämärässä avaruudessa.

Näyttää siis siltä, että meidän pitäisi olla kiitollisia Higgsin bosonille siitä, että sillä on ne ominaisuudet, jotka sillä on. Sen massa mahdollistaa elämän – meidän, tähtien ja maittavien, kiehuvien galaksien elämän. Mikä tahansa muutos bosonin massassa voisi tarkoittaa, että atomit kutistuisivat tai ytimet liukenisivat, jolloin vety jäisi ainoaksi avaruuden läpäiseväksi alkuaineeksi. Mutta juuri tämä luku asettaa meidät vaaralliseen tilanteeseen. Sen lisäksi, että se synnyttää yhden koko fysiikan suurimmista katastrofeista, se kertoo meille, että se, mitä pidämme tasaisena ja kestävänä maailmankaikkeutena, voi kadota milloin tahansa. Poissa sekunnin murto-osassa. Ja, no, olisimme myös voimattomia pysäyttämään sen.

Higgsin bosonin massa. Katastrofi syntyy tyhjiön ennustetun energian ja sen todellisten mittausten välisestä valtavasta erosta. Jos se johtuu tyhjiöstä, pimeä energia painaa 10-⁸ erg/cm³, mutta sen pitäisi teoriassa painaa 10¹¹² erg/cm³. Tämä tarkoittaa, että tyhjiöenergian pitäisi olla 10¹²⁰ kertaa suurempi kuin mitä se on.

Kaiken maailmankaikkeudessa halutaan olevan vakaata. Tätä varten sen on siirryttävä korkeammista energiatiloista niin sanottuihin perustiloihin, joissa sillä on mahdollisimman vähän energiaa. Kaikki kohteet, joilla on paljon energiaa, haluavat luopua siitä, jotta niistä tulisi vakaita. Aiemmin mainitut alkeishiukkaset syntyvät, kun kvanttikentissä esiintyy herätteitä (tai aaltoja). Kvanttikenttien sanotaan olevan tyhjiötilassaan, kun niiden energia on pienimmillään. Jos kaikki avaruuden kvanttikentät ovat tyhjiötiloissaan eivätkä näin ollen voi enää menettää energiaa, maailmankaikkeus on vakaa. Perushiukkaset säilyttävät samat ominaisuutensa ja fysiikan lait ovat voimassa. Ja vaikka kvanttikenttien energian ja tyhjiötilojen mittaaminen on melko monimutkainen prosessi, tutkijat uskovat, että useimmat kentät ovat vakaissa tyhjiötiloissaan.

Kaikki paitsi yksi.

Higgsin kenttien uskotaan olevan metastabiilissa tilassa, mikä tarkoittaa sitä, että vaikka se ei tällä hetkellä olekaan muuttumassa, sen ei myöskään ennusteta olevan alimmalla energiatasollaan. Se on väärä tyhjiö, jossa on paljon potentiaalista energiaa. Uhka, jonka varaan kaikki tuntemamme on syntynyt.

CERNin tutkijat ovat löytäneet kentälle toisen mahdollisen tilan, jonka he ovat nimenneet ultratiheäksi Higgsin kentäksi. Ja se olisi todellakin tiheä – miljardeja kertoja nykyistä tiheämpi. Jos edes yksi piste avaruudessa romahtaisi tälle alhaisemmalle energiatasolle, se käynnistäisi tyhjiön hajoamisen leviämisen kaikkialle ja lähettäisi todellisen vakaan tyhjiön rankaisevan pallon kuluttamaan koko maailmankaikkeutta. Emme edes pystyisi seuraamaan loppumme lähestymistä, koska se liikkuisi valon nopeudella. Avaruus vapauttaisi potentiaalienergiansa, mikä heittäisi kaiken pallon sisällä uusiin ja tunnistamattomiin fysiikan lakeihin. Syntyisi niin outo maailma, ettemme voi edes kuvitella sitä. Todennäköisesti se ei toivottaisi elämää tervetulleeksi.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.