«Призраки» отрицательной энергии, мигающие в космосе, могут раскрыть новую физику

Световой взрыв, который появляется, когда частица превышает скорость света, заданную средой, может в других контекстах сигнализировать о своего рода квантовой нестабильности, которая может вызвать так называемый вакуумный распад.

Если когда-либо его заметят в пустоте космоса, по мнению физика-теоретика Евгения Бабичева из Университета Париж-Сакле, жуткое голубое свечение черенковского излучения можно будет интерпретировать как проявление призрака отрицательной энергии. возмущения.

Почему это важно? Потому что наша текущая теория гравитации неполна, и такой сигнал даст редкое представление о том, как пространство-время ведет себя в режимах, где существующие теории терпят неудачу, и потенциально сузит поиск лучших моделей.

По теме: Призрачное свечение атомной электростанции было обнаружено в чистой воде в 150 милях отсюда

«Здесь мы показываем, что можно рассмотреть два, казалось бы, очень разных физических эффекта, черенковское излучение и призрачную нестабильность, из одного и того же «Призрак» в физике может описать любой нефизический фактор, добавленный к теории частиц, чтобы сделать ее математически непротиворечивой. Но это также может относиться к физическому возмущению отрицательной энергии, отличному от призраков математической шкалы, которое сигнализирует о нестабильности.

И здесь может оказаться полезной наша аналогия с водой. Подумайте о поверхности воды как о базовой линии, о состоянии с наименьшей энергией, которое может занимать вода. Создание ряби требует энергии, как, например, впрыскивание камешка; обычно природа не создает ряби без добавления энергии для их питания.

Однако при определенных условиях теория предсказывает появление возмущения, несущего отрицательную энергию – призрака. Это очень похоже на самопроизвольно возникающую рябь без наличия камешка, который мог бы ввести энергию, необходимую для ее создания.

Это не создание энергии из ничего. Вместо этого система может снизить свою полную энергию, создавая парные возмущения – одно положительное и одно отрицательное – делая исходное состояние нестабильным.

Здесь, на Земле, черенковское излучение является признаком нестабильности в видимом свете; это происходит, когда возмущение в среде распространяется через эту среду быстрее, чем «рябь», которую оно создает – облегченная версия звукового удара. Волны нарастают, пока не перерастают в бум. Обычно это наблюдается в ядерных реакторах, где заряженные частицы движутся через воду быстрее, чем свет.

Однако, согласно известной физике, ничто не может двигаться быстрее света в вакууме, поэтому черенковские стрелы там не должны появляться.

В своей статье Бабичев объясняет, что призрачная нестабильность в пустом пространстве может вести себя очень похоже на сверхсветовую заряженную частицу и таким же образом вызывать черенковский стрелу. «Как мы показали, кинематика двух процессов – черенковского излучения и призрачной нестабильности определенного типа – действительно полностью эквивалентна», — говорит он.

Это изменило бы правила игры в нашем понимании физической Вселенной. Обнаружение черенковского излучения в небытии означало бы, что, по крайней мере иногда, космический вакуум может вести себя как среда со структурой, ограничениями и запасенной энергией, помогая обосновать или исключить некоторые из предложенных модификаций наших теорий гравитации.

В свою очередь, это будет означать, что наше определение вакуума неверно или неполно, а не как состояние Вселенной с самой низкой энергией, как мы его предполагаем, что заставит нас переосмыслить наше понимание некоторых довольно фундаментальных физических явлений.

Это не так. совершенно неожиданно; противоречие между общей теорией относительности и квантовой механикой на протяжении десятилетий указывало на пробел в нашем понимании физической Вселенной.

В настоящее время эта дискуссия прочно укоренилась в сфере теории; в статье не предлагается никаких практических способов даже поиска такого обнаружения. Но надежная теория — хороший первый шаг; и изучение возможностей, представленных этой идеей, — это способ выяснить, как ее искать.

«Было бы интересно изучить сценарий, когда такая нестабильная конфигурация в модифицированной гравитации является квазистабильной, то есть время нестабильности намного больше, чем время соответствующих физических процессов. Например, можно представить себе черную дыру с присутствием призрака, но со скоростью нестабильности меньшей, чем частота квазинормальных мод», — пишет Бабичев.

«Другим направлением будущих исследований было бы изучение исследовать аналитически и численно, как такой тип призрачной неустойчивости развивается для конкретных решений в различных теориях гравитации».

Статья опубликована в журнале Physical Review D.