Iako se naš svemir može činiti stabilnim, budući da postoji nevjerovatnih 13,7 milijardi godina, nekoliko eksperimenata sugerira da je u opasnosti. I sve se svodi na nestabilnost jedne osnovne čestice: Higgsovog bozona.
U novom istraživanju koje je upravo prihvaćeno za objavljivanje u Physical Letters B, pokazuje se da neki modeli ranog Svemira, oni koji uključuju objekte zvane svjetlosne primordijalne crne rupe, vjerovatno nisu tačni jer bi pokrenuli Higgsov bozon da završi kosmos do sada.
Higgsov bozon odgovoran je za masu i interakcije svih čestica koje poznajemo. To je zato što su mase čestica posljedica međudjelovanja elementarnih čestica s poljem, nazvanim Higgsovo polje. Budući da Higgsov bozon postoji, znamo da to polje postoji.
Ovo polje možete zamisliti kao savršeno mirnu vodenu kupku u koju se upijamo. Ima identična svojstva u cijelom Svemiru. To znači da promatramo iste mase i interakcije u cijelom kosmosu. Ova uniformnost nam je omogućila promatranje i opisivanje iste fizike tokom nekoliko milenijuma (astronomi obično gledaju unatrag u vremenu).
Ali Higgsovo polje vjerovatno neće biti u najnižem mogućem energetskom stanju u kojem bi moglo biti. To znači da bi teoretski moglo promijeniti svoje stanje, padajući u niže energetsko stanje na određenoj lokaciji. Međutim, kad bi se to dogodilo, to bi dramatično promijenilo zakone fizike.
Takva bi promjena predstavljala ono što fizičari zovu fazni prijelaz. To se događa kada se voda pretvori u paru, stvarajući pritom mjehuriće. Fazni prijelaz u Higgsovom polju bi na sličan način stvorio niskoenergetske mjehuriće prostora s potpuno drugačijom fizikom u njima.
U takvom bi se mjehuru masa elektrona iznenada promijenila, a isto tako i njegove interakcije s drugim česticama. Protoni i neutroni – koji čine atomsku jezgru i sastoje se od kvarkova – iznenada bi se dislocirali. U biti, svako ko doživi takvu promjenu vjerovatno je više ne bi mogao prijaviti.
Nedavna mjerenja mase čestica iz Velikog hadronskog sudarača (LHC) u Cernu sugeriraju da bi takav događaj mogao biti moguć. Ali nemojte paničariti; to se može dogoditi tek za nekoliko hiljada milijardi milijardi godina nakon što odemo u mirovinu. Zbog toga se u hodnicima katedri za fiziku čestica obično govori kako Svemir nije nestabilan, već "metastabilan", jer smak svijeta neće se dogoditi tako skoro.
Da bi se stvorio mjehurić, Higgsovo polje treba dobar razlog. Zbog kvantne mehanike, teorije koja upravlja mikrokosmosom atoma i čestica, Higgsova energija uvijek fluktuira. I statistički je moguće (iako malo vjerovatno, zbog čega je potrebno toliko vremena) da Higgs s vremena na vrijeme formira mjehurić.
Međutim, priča je drugačija u prisutnosti vanjskih izvora energije poput jakih gravitacijskih polja ili vruće plazme (oblik materije sastavljen od nabijenih čestica): polje može posuditi tu energiju kako bi lakše formiralo mjehuriće.
Stoga, iako nema razloga očekivati da Higgsovo polje danas stvara brojne mjehuriće, veliko je pitanje u kontekstu kozmologije jesu li ekstremna okruženja nedugo nakon Velikog praska mogla izazvati takvo stvaranje mjehurića.
Međutim, kada je svemir bio vrlo vruć, iako je energija bila dostupna za stvaranje Higgsovih mjehurića, toplinski učinci također su stabilizirali Higgsa modificirajući njegova kvantna svojstva. Dakle, ova toplina nije mogla izazvati kraj Svemira, što je vjerovatno razlog zašto smo još uvijek ovdje.
Primordijalne crne rupe
U novom istraživanju, pokazalo se da postoji jedan izvor topline, međutim, koji bi stalno uzrokovao takvo mjehurenje (bez stabilizirajućih toplinskih učinaka viđenih u prvim danima nakon Velikog praska). To su primordijalne crne rupe, vrsta crne rupe koja je nastala u ranom Svemiru kolapsom pretjerano gustih regija prostorvremena.
Za razliku od normalnih crnih rupa, koje nastaju kolapsom zvijezda, primordijalne bi mogle biti sićušne – lagane poput grama.
Postojanje takvih lakih crnih rupa predviđanje je mnogih teorijskih modela koji opisuju evoluciju svemira nedugo nakon Velikog praska. To uključuje neke modele inflacije, što sugerira da je Svemir nakon Velikog praska iznimno eksplodirao.
Međutim, dokazivanje ovog postojanja dolazi s velikim upozorenjem: Stephen Hawking je 1970-ih pokazao da, zbog kvantne mehanike, crne rupe sporo isparavaju emitirajući zračenje kroz svoj horizont događaja (tačku u kojoj čak ni svjetlost ne može pobjeći).
Hawking je pokazao da se crne rupe ponašaju kao izvori topline u svemiru, s temperaturom obrnuto proporcionalnom njihovoj masi. To znači da su lake crne rupe mnogo toplije i isparavaju brže od masivnih.
Konkretno, da su primordijalne crne rupe lakše od nekoliko hiljada milijardi grama nastale u ranom Svemiru (10 milijardi puta manje od Mjesečeve mase), kao što mnogi modeli sugeriraju, do sada bi već isparile.
U prisutnosti Higgsovog polja, takvi bi se objekti ponašali poput nečistoća u gaziranom piću – pomažući tekućini u stvaranju mjehurića plina doprinoseći njezinoj energiji putem učinka gravitacije (zbog mase crne rupe) i temperature okoline (zbog svog Hawkingovog zračenja).
Kada primordijalne crne rupe ispare, one lokalno zagrijavaju Svemir. Evoluirali bi usred vrućih točaka koje bi mogle biti mnogo toplije od okolnog svemira, ali još uvijek hladnije od njihove tipične Hawkingove temperature. Ono što smo pokazali, koristeći kombinaciju analitičkih izračuna i numeričkih simulacija, je da bi, zbog postojanja ovih vrućih točaka, one stalno uzrokovale mjehuriće Higgsovog polja.
Ali mi smo još uvijek ovdje. To znači da je malo vjerovatno da su takvi objekti ikada postojali. Zapravo, trebali bismo isključiti sve kozmološke scenarije koji predviđaju njihovo postojanje.
To je naravno osim ako ne otkrijemo neki dokaz o njihovom prošlom postojanju u drevnom zračenju ili gravitacijskim valovima. Ako to učinimo, to bi moglo biti još uzbudljivije. To bi značilo da postoji nešto što ne znamo o Higgsu; nešto što ga štiti od mjehurića u prisutnosti primordijalnih crnih rupa koje isparavaju. To zapravo mogu biti potpuno nove čestice ili sile.
Bilo kako bilo, jasno je da još uvijek imamo mnogo toga za otkriti o svemiru na najmanjim i najvećim razmjerima.
