私たちの宇宙を満たしているほとんどの量子場には、1 つだけの好ましい状態があり、その状態が永遠に続きます。 ほとんどですが、すべてではありません。
真と偽の真空
1970 年代に、物理学者は、値が平均的にもゼロにならないことを好む別のクラスの量子場の重要性を認識するようになりました。 このような「スカラー フィールド」は、すべてがたとえば 10 度の角度でホバリングしている振り子の集まりのようなものです。 この構成は基底状態になる可能性があります。振り子はその角度を好み、安定しています。
2012 年、Large Hadron Collider の実験者は、ヒッグス場として知られるスカラー場が宇宙に浸透していることを証明しました。 最初、熱く初期の宇宙では、その振り子は下を向いていました。 しかし、宇宙が冷えるにつれて、水が凍って氷になるのと同じように、ヒッグス場の状態が変化し、その振り子はすべて同じ角度に上昇しました。 (この非ゼロのヒッグス値は、多くの素粒子に質量として知られる特性を与えるものです。)
スカラー場が周囲にあるため、真空の安定性は必ずしも絶対的なものではありません。 フィールドの振り子には、複数の半安定角度と、ある構成から別の構成に切り替える傾向がある場合があります。 たとえば、理論家たちは、ヒッグス場が絶対的なお気に入りの配置、つまり真の真空を見つけたかどうかは確信が持てません。 持っている人もいます 主張した フィールドの現在の状態は、138 億年にわたって持続しているにもかかわらず、一時的に安定しているか、「準安定」であるにすぎません。
もしそうなら、楽しい時間は永遠に続きません。 1980 年代、物理学者のシドニー・コールマンとフランク・デ・ルッチャは次のように説明しました。 偽の真空 スカラー場の「崩壊」する可能性があります。 いつでも、ある場所で十分な数の振り子がより好ましい角度に揺れると、振り子は隣の振り子を引きずり込み、真の真空の泡がほぼ光速で外側に飛び出します。 それは進むにつれて物理学を書き直し、その経路にある原子と分子を破壊します。 （パニックにならないでください。たとえ私たちの真空が準安定であっても、これまでの持続力を考えると、おそらくあと何十億年も続くでしょう。）
ヒッグス場の潜在的な可変性において、物理学者は、無が私たち全員を殺すことができる事実上無限の方法の最初のものを特定しました。
より多くの問題、より多くの真空
物理学者は、確認された自然の法則をより大きなセットに当てはめようとして (その過程で私たちの理解における巨大なギャップを埋めようとして)、追加のフィールドやその他の要素を加えて、候補となる自然理論を作り上げてきました。
フィールドが積み重なると、それらは相互作用し、互いの振り子に影響を与え、スタックしたい新しい相互構成を確立します。 物理学者は、これらの真空をなだらかな「エネルギー景観」の谷として視覚化します。 異なる振り子の角度は、異なる量のエネルギー、またはエネルギー ランドスケープの高度に対応し、石が丘を転がり落ちようとするのと同じように、フィールドはそのエネルギーを低下させようとします。 最も深い谷は基底状態ですが、石は一時的により高い谷で静止する可能性があります。
数十年前、風景は爆発的に拡大しました。 物理学者のジョセフ・ポルチンスキーとラファエル・ブッソは弦理論の特定の側面を研究していました。 主要な数学的フレームワーク 重力の量子側を説明するため。 ひも理論は、宇宙が約 10 個の次元を持ち、余分な次元が検出できないほど小さい形に丸まっている場合にのみ機能します。 ポルチンスキーとブッソ 2000年に計算 そのような余分な次元は、非常に多くの方法で折りたたむことができます. 折り畳みのそれぞれの方法は、独自の物理法則を持つ明確な真空を形成します。