VakuumzerfallKönnte das Vakuum des Universums kollabieren?

Unser Vakuum ist möglicherweise metastabil, aber mit einer extrem langen Lebensdauer. Die echte Physik hinter dem Cosmos-Era-Ende „Vakuumzerfall“, von Coleman bis zum Higgs.

Das „Vakuum“ unter unseren Füßen ist vielleicht nicht der stabilste Zustand. Nach heutigen Messungen könnte unser Vakuum metastabil sein, mit einer erwarteten Lebensdauer von etwa 10¹³⁹ Jahren. Die Theorie des Vakuumzerfalls arbeiteten Sidney Coleman und Frank De Luccia 1980 aus. Diese Lebensdauer ist so lang, dass sie mit uns nichts zu tun hat. Das Spielende „Vakuumzerfall“ lässt den Spieler ihn von Hand „auslösen“, was erfunden ist.

Diese Seite erklärt zuerst, wie man das Ende freischaltet, dann was Vakuumzerfall wirklich ist und ein interessantes Argument zu Hochenergieexperimenten. Danach listet sie verwandte Forschung zu Higgs-Feld und Dunkler Energie auf und zuletzt drei verwandte Romane.

So schaltest du es frei

  • Hinweis: Unser Vakuum ist womöglich nur metastabil.
  • Bedingung: Schalte „Das Vakuum auslösen“ frei und erlebe dann das Ende des Universums.
  • Belohnung: Das nächste Universum nutzt einen anderen Satz Physik: Generatoren verdoppeln sich je 10 besessene, aber Ereigniskosten sind ×4.

Das Ende gehört zur Kategorie Physik. Der Knoten „Das Vakuum auslösen“ beschreibt eine neue Vakuumblase, kleiner als ein Atom, die sich fast mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Man sieht sie nicht, bevor sie ankommt.

Was real ist

  • Ein metastabiles Vakuum: Nach heutigen Messungen könnte unser Vakuum metastabil sein, mit einer erwarteten Lebensdauer von etwa 10¹³⁹ Jahren.
  • Woher die Theorie kommt: Die Theorie des Vakuumzerfalls arbeiteten Coleman und De Luccia 1980 aus (Coleman leistete 1977 auch verwandte Arbeit).
  • Geschwindigkeit der Blase: Eine echte Vakuumblase würde sich fast mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen.

Könnte ein Hochenergieexperiment ihn auslösen?

In Liu Cixins Hear the Way at Dawn (2002) steht eine Gruppe von Physikern kurz davor, ein Experiment mit genug Energie zu starten, um die Geburt des Universums nachzustellen, als plötzlich der „Risikovermeider“ auftaucht und es stoppt. Hinter der Geschichte steckt eine echte wissenschaftliche Frage: Könnten Hochenergieexperimente den Vakuumzerfall auslösen? Sie wurde ernsthaft untersucht. Das Ergebnis: Kosmische Strahlung trägt seit jeher weit mehr Energie als jeder Beschleuniger, und dem Universum geht es trotzdem gut.

Verwandte echte Forschung

Die folgenden Studien betreffen das Higgs-Feld, die Inflation und die Dunkle Energie. Sie sind verwandte echte Wissenschaft, kein Beleg dafür, dass das Vakuum zerfallen wird. Sie helfen nur zu erklären, was „Vakuum“ in der Physik bedeutet.

  • Woher Masse kommt: Peter Higgs schlug ein Feld vor, das den ganzen Raum füllt und Teilchen Masse gibt, und sagte ein neues Teilchen voraus (Higgs, Physical Review Letters, 1964).
  • Das Higgs-Teilchen finden: Der Large Hadron Collider fand ein neues Teilchen bei etwa 125 GeV und bestätigte damit eine Vorhersage, die 48 Jahre gewartet hatte (ATLAS Collaboration, Physics Letters B, 2012).
  • Das inflationäre Universum: Alan Guth schlug vor, dass das frühe Universum eine exponentielle Expansion durchlief, die auf einen Schlag erklärt, warum das Universum so flach ist und seine Temperatur fast überall gleich (Guth, Physical Review D, 1981).
  • Beschleunigte Expansion: Mit fernen Supernovae als „Standardkerzen“ fanden Astronomen, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt, und die Dunkle Energie trat auf den Plan. Die Arbeit gewann 2011 den Nobelpreis (Riess et al., The Astronomical Journal, 1998).
  • 42 Supernovae: Ein anderes Team kam unabhängig zum selben Schluss: Im Universum gibt es eine Form von Energie, die die beschleunigte Expansion antreibt (Perlmutter et al., The Astrophysical Journal, 1999).
  • Das letzte Kapitel des Universums: Das Schicksal des Universums in Billionen Jahren und darüber hinaus: Sterne brennen aus, Protonen zerfallen womöglich, und Schwarze Löcher verdampfen schließlich (Adams und Laughlin, Reviews of Modern Physics, 1997). Zum Freischalten muss man das Ende des Universums erleben, deshalb hängt es mit diesem Ende zusammen.

Spielfiktion, nicht real

Das Vakuum absichtlich auszulösen und wie ein anderer Satz Physik in einem neuen Vakuum wäre, ist beides erfunden.

Drei verwandte Romane

  • Schild's Ladder (Greg Egan, 2002): Die Theorie des Vakuumzerfalls ist echte Physik, und eine echte Vakuumblase würde sich fast mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen. Im Roman erzeugt ein Physikexperiment versehentlich eine neue Art Vakuum, die sich mit halber Lichtgeschwindigkeit nach außen ausdehnt und alles auf ihrem Weg verschluckt. Zwanzigtausend Jahre später suchen die Menschen noch immer einen Weg, ihr zu begegnen.
  • The Gods Themselves (Isaac Asimov, 1972): Energieerhaltung und die Stabilität der Naturkonstanten wurden mit extrem hoher Genauigkeit getestet. Parallele Universen mit anderen Naturgesetzen sind nur Spekulation. Im Roman entdecken Menschen eine „Elektronenpumpe“, die Materie mit einem Paralleluniversum austauschen kann, und erhalten unbegrenzt freie Energie. Der Preis: Die Naturgesetze der beiden Universen sickern langsam ineinander.
  • Hear the Way at Dawn (Liu Cixin, 2002): Siehe oben.

Die Originale lesen? Such nach diesen Titeln

  • Higgs (1964): „Broken symmetries and the masses of gauge bosons“
  • ATLAS Collaboration (2012): „Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC“
  • Guth (1981): „Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems“
  • Riess et al. (1998): „Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant“

Reale Grundlage

  • Nach heutigen Messungen ist unser Vakuum vielleicht metastabil, bei einer zu erwartenden Lebensdauer von etwa 10¹³⁹ Jahren; die Theorie des Vakuumzerfalls gaben Coleman und De Luccia 1980 an.

  • Das Vakuum auslösen: Eine neue Vakuumblase, kleiner als ein Atom, die sich mit fast Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Man kann sie nicht sehen, bevor sie eintrifft.

  • Schilds Leiter (Greg Egan, 2002), die Wissenschaft: Die Theorie des Vakuumzerfalls ist echte Physik (Coleman 1977, Coleman und De Luccia 1980); eine echte Vakuumblase würde sich fast mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen.

  • Die Götter selbst (Isaac Asimov, 1972), die Wissenschaft: Energieerhaltung und die Stabilität der Naturkonstanten wurden mit extrem hoher Genauigkeit geprüft; Paralleluniversen mit anderen Naturgesetzen sind bloße Spekulation.

  • Hear the Way at Dawn (Liu Cixin, 2002), die Wissenschaft: Ob Hochenergieexperimente einen Vakuumzerfall auslösen könnten, wurde ernsthaft untersucht: Kosmische Strahlung hat seit jeher weit mehr Energie als jeder Teilchenbeschleuniger, und das Universum steht noch.

Verwandte Forschung

Diese Studien hängen mit dem Thema zusammen, belegen diese Seite aber nicht direkt.

  • Inflationäres Universum: Guth schlug vor, dass das frühe Universum eine exponentielle Ausdehnung durchlief, was auf einen Schlag erklärt, warum es so flach ist und die Temperatur fast überall gleich.

    Quelle: Guth, Physical Review D 1981, "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems"

  • Beschleunigte Expansion: Mit fernen Supernovae als „Standardkerzen“ fanden sie heraus, dass sich die Ausdehnung des Universums beschleunigt. Die Dunkle Energie betrat die Bühne, und die Arbeit gewann 2011 den Nobelpreis.

    Quelle: Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"

  • 42 Supernovae: Ein anderes Team kam unabhängig zum selben Schluss: Eine Energie im Universum treibt die beschleunigte Expansion an.

    Quelle: Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"

  • Woher die Masse kommt: Higgs schlug ein Feld vor, das den Raum erfüllt und den Teilchen Masse verleiht, und sagte ein neues Teilchen voraus.

    Quelle: Higgs, Physical Review Letters 1964, "Broken symmetries and the masses of gauge bosons"

  • Das Higgs-Teilchen finden: Der Large Hadron Collider fand bei etwa 125 GeV ein neues Teilchen und bestätigte damit eine Vorhersage von vor 48 Jahren.

    Quelle: ATLAS Collaboration, Physics Letters B 2012, "Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC"

  • Das letzte Kapitel des Universums: Berechnete das Schicksal des Universums über Billionen Jahre und darüber hinaus: Sterne erlöschen, Protonen zerfallen vielleicht, und Schwarze Löcher verdampfen schließlich.

    Quelle: Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"

Spielfiktion (erfunden)

  • Das Vakuum absichtlich auszulösen und wie die andere Physik im neuen Vakuum wäre, ist beides Fiktion.
  • Zusammenfassung des Romans Schilds Leiter: Ein physikalisches Experiment erzeugt versehentlich eine neue Art von Vakuum, das sich mit halber Lichtgeschwindigkeit nach außen ausdehnt und alles auf seinem Weg verschlingt. Zwanzigtausend Jahre später suchen die Menschen noch immer nach einem Weg, damit umzugehen.
  • Zusammenfassung des Romans Die Götter selbst: Menschen entdecken eine „Elektronenpumpe“, die Materie mit einem Paralleluniversum austauscht und unbegrenzte kostenlose Energie liefert. Der Preis ist, dass die Naturgesetze der beiden Universen langsam ineinander sickern.
  • Zusammenfassung des Romans Hear the Way at Dawn: Eine Gruppe von Physikern will gerade ein Experiment mit genug Energie starten, um die Geburt des Universums nachzustellen, als plötzlich ein Risikovermeider auftaucht und es verhindert, denn ein solches Experiment könnte das ganze Universum zerstören.
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