Mokslo ir technologijų pasaulis

Jeigu mėgstate klasikinius filmus, kuriuose tarpusavy kovoja du monstrai (na, tarkime, „King Kongas prieš Godzilą“), tuomet turėtų patikti ir mokslinis darbas apie du pseudomokslinius siaubūnus, kurie kai kurių žmonių vaizduotėse kėsinasi sunaikinti Visatą – mini juodąsias bedugnes ir vakuumo sugriuvimą.

Fizikai, ketinę pradėti darbą su Didžiuoju hadronų greitintuvu (LHC), buvo priversti visuomenei aiškintis, kad net jeigu greitintuve kokia mažutė juodoji bedugnė ir susidarytų, ji būtų nepalyginamai mažesnė už tas, kurios susidaro sugriūvant milžiniškoms žvaigždėms, todėl galios sutraukti mūsų planetą neturėtų.

O taip pat mokslininkai buvo priversti aiškintis, kad dalelės, vadinamos Higgso bozonu, daužymas tikrai nesukels vakuumo griūties. Bet dabar trys fizikai teoretikai savo skaičiavimais įrodė, kad vykstant grandininei reakcijai mažutė juodoji bedugnė visgi galėtų sukelti vakuumo kolapsą.

Tiesa, šis mokslinis darbas yra tik teorinis pagąsdinimas: jeigu jis iš tikrųjų galėtų įvykti praktiškai, tai jau senų seniausiai būtų įvykęs dar iki žmonėms atsirandant ir to, ką skaitote, skaityti negalėtumėte: „Ko negalima sakyti, tai „Siaubas! Tragedija! Mes sunaikinsime Visatą!“, – sakė Niukaslio universitete (JK) dirbantis kosmologas teoretikas Ianas Mossas.

Jo teigimu, labiau reikėtų aiškinti, kad reikia ieškoti kažkokių nežinomų fizikinių dėsnių, dėl kurių vakuumas yra stabilizuojamas. O tai paskatintų fizikus ieškoti ko nors naujo. Bet I. Mossas pripažįsta, kad jo mokslinis darbas gali būti suprastas ir „kreivai“: „Šiek tiek baiminuosi, kad man paskambins Johnas Ellisas [garsus fizikas-teoretikas] ir apkaltins baimės skleidimu“.

Vakuumo stabilumas – rimta problema. Nuo pat 2012 metais atrasto prieš kelias dešimtis metų teoriškai prognozuoto Higgso bozono, fizikams buvo žinoma, kad ir tuščioje erdvėje egzistuoja toks dalykas, kaip Higgso laukas. Jis šiek tiek panašus į elektrinį lauką, tačiau jį sudaro „virtualūs“ Higgso bozonai. Tačiau dalelių fizikai apskaičiavo, kad įvertinus dabar taikomo standartinio modelio žinomų dalelių apibrėžimus ir išmatuotąją Higgso bozono masę, Higgso laukas gali būti ne pačios stabiliausios, žemiausios energijos būsenos: gali būti, kad jo energija būtų kur kas mažesnė jei laukas būtų gerokai stipresnis. O tokia energiją taupanti permaina neišvengiamai reikštų, kad Visatos vakuumas sugriūtų ir visa Visata išnyktų.

Tai kodėl gi tai iki šiol neatsitiko? Pasirodo, tam, kad įvyktų perėjimas prie „tikrojo vakuumo“ žemesnės energijos būsenos, Higgso laukas turėtų įveikti neįtikėtinai stiprų energijos barjerą vykstant procesui vadinamam kvantiniu tuneliavimu. Barjeras yra toks stiprus, kad jam įveikti reikėtų laiko, daug ilgesnio už dabartinė Visatos amžių. Taigi, teoretikai daugiau ar mažiau sutaria, kad Higgso laukas yra „metastabilus“, laikinai užstrigęs „netikro vakuumo“ būsenoje ir kad nors vakuumo griūtis yra teoriškai įmanomas dalykas, praktiškai dėl to sau nereikėtų sukti galvos.

Bet dabar I. Mossas ir Durhemo universiteto (JK) fizikai-teoretikai Philippas Burda bei Ruth Gregory nusprendė, kad tokia argumentacija nebegalioja, jeigu tartume, kad egzistuoja mažosios juodosios bedugnės – mikroskopinio dydžio erdvės regionai, kuriuose gravitacija yra tokia stipri, kad iš jų net šviesa negali ištrūkti.

Taip yra dėl to, kad mini juodosios bedugnės atlieka „sėklos“ vaidmenį – jos gali sukelti tikrojo vakuumo burbulo susiformavimą netikro vakuumo erdvėje. Panašiai, kaip žiupsnelis smėlio gali sukelti garų burbulo susiformavimą verdančiame vandenyje, savo darbe, kurį publikavo recenzuojamas leidinys „Physical Review Letters“, tvirtina fizikai.

Be tokios „sėklos“ tikrojo vakuumo burbulas neišvengiamai susitrauktų. Kadangi nors vakuumas burbule būtų mažesnės energijos nei vakuumas burbulo išorėje, burbulo sienelės, ties kuriomis susiduria dvi vakuumo rūšys būtų labai aukštos energijos. Todėl burbulas gali sumažinti savo bendrą energiją mažėdamas ir išnykdamas.

Tuo tarpu jeigu tokio burbulo viduje egzistuotų juodoji bedugnė, reikalai pasisuktų visai kita kryptimi. Juodosios bedugnės gravitacija galėtų iškreipti energijos balansą, sako I. Mossas, todėl bet koks burbulas, pasiekęs tam tikrą dydžio ribą, savo energiją mažintų ne mažėdamas, o plėsdamasis. Todėl toks burbulas per sekundės dalį išsiplėstų tiek, kad prarytų visą regimą Visatą, teigia I. Mossas.

Tokios juodosios bedugnės turėtų būti labai mažos, tvirtina mokslininkai. Jie numato du įmanomus tokių darinių šaltinius: tai galėtų būti „pirmykštės“ juodosios bedugnės, egzistuojančios nuo Visatos gimimo. Arba tai galėtų būti mikroskopinės juodosios bedugnės, susidariusios susiduriant dalelėms, pavyzdžiui, LHC greitintuve.

Tai ar turėtume susirūpinti? Anot I. Mosso – ne. Vien pats faktas, kad Visata egzistuoja jau 13,8 mlrd. metų, rodo, kad pirmykštės juodosios bedugnės tokios vakuumo griūties nesukels. O kalbant apie LHC galimai generuojamas bedugnes, jei jos ir susidarys, griūties taip pat nesukels. To įrodymas – kosminiai spinduliai, kurie nuolat bombarduoja mūsų atmosferą ir sukuria netgi didesnės energijos dalelių susidūrimus nei galėtų LHC. Taigi, net jeigu greitintuve eksperimentų metu kokios juodosios bedugnės ir susidaro, vakuumo griūties jos nesukelia, sakė I. Mossas. Antraip jau seniai būtume išnykę.

Tikroji darbo esmė, anot I. Mosso, yra ta, kad teoretikai daugiau nebegalės ignoruoti šios problemos manydami, kad vakuumo griuvimui reikėtų siaubingai ilgo laiko. Parodant, kad pagal standartinį modelį ši griūtis galėtų įvykti labai greitai, mokslinis darbas tarsi ragina mokslininkus ieškoti naujų fizikinių dėsnių, kuriems veikiant stabilizuojamas vakuumas.

Tiesa, kai kurių mokslininkų tokie argumentai neįtikina. Italijos nacionalinio atominės fizikos instituto prie Katanijos universiteto mokslininkas, teoretikas Vincenzo Branchina tvirtina, kad tyrimo autoriai savo darbe padarė keletą labai jau abejotinų matematinių prielaidų. Karaliaus koledžo Londone teoretikas Johnas Ellisas abejoja skaičiavimų vientisumu. Pavyzdžiui, mokslininkui užkliūna tai, kad tyrime daroma prielaida, jog standartinis modelis galioja ir esant labai aukštam energijos lygiui. Tačiau, anot jo, vienintelis būdas, kaip LHC galėtų sugeneruoti mini juodąją bedugnę – tai kad standartinis modelis laikinai subyrėtų ir atsivertų naujas kur kas žemesnės energijos erdvės matmuo.

Visgi ir V. Branchina, ir J. Ellisas pripažįsta, kad remiantis kitais argumentais galima įtarti, jog vakuumą iš tiesų kažkas stabilizuoja. Kalbėdamas apie argumentus, išdėstytus naujajame mokslo darbe, J. Ellisas iš tiesų išreiškė įtarimą, kad jis gali paskatinti nepagrįstą baimę, kad LHC yra grėsmę Visatai keliantis aparatas. Pavyzdžiui, išankstinėje mokslinio darbo versijoje net nebuvo užsimenama apie kokius nors kosminius spindulius, kurie iš esmės įrodo, kad LHC negali sukelti vakuumo griūties, „nes mums [fizikams] tai ir taip žinoma“, – sako I. Mossas.

Galutinėje mokslinio straipsnio versijoje, ketvirtame puslapyje iš penkių, kosminiai spinduliai paminimi. Bet J. Ellisas, komisijos, vertinusios LHC saugumą, narys, sako, kad tai nesutrukdys įvairaus plauko teoretikams straipsnyje išdėstytus argumentus perteikti tendencingai.