МОСКВА, 3 сентября. /ТАСС/. Физики-теоретики из России разработали новый математический аппарат для описания поведения квантовых полей в космологических масштабах, который поможет космологам определить то, какая судьба ожидает нашу Вселенную по мере ее ускоряющегося расширения. Об этом сообщил Центр научной коммуникации МФТИ.
"Ключевым моментом нашей работы стало понимание того, какие именно квантовые процессы важны, а какие - нет. Это похоже на то, как в сложной системе с множеством взаимодействий вы вдруг понимаете, что ее долгосрочное поведение определяется всего несколькими простыми правилами. Именно это и позволило нам заглянуть в будущее Вселенной и увидеть, как ее будет формировать это "квантовое эхо", - пояснил младший научный сотрудник МФТИ Дамир Садеков, чьи слова приводит Центр научной коммуникации вуза.
Как отмечают исследователи, в конце прошлого столетия астрономы обнаружили во время наблюдений за вспышками сверхновых первого типа, что Вселенная не просто растет, а делает это все быстрее и быстрее. Причиной ее ускоренного расширения, как сегодня считают физики и космологи, служит так называемая темная энергия, чья природа остается одной из главных загадок современной науки.
Для описания свойств темной энергии ученые обычно используют относительно простую математическую модель, построенную на базе так называемого пространства-времени де Ситтера. Она хорошо описывает процесс ускоряющегося расширения Вселенной, однако при этом не учитывает влияние квантовой механики на поведение частиц и свойства вакуума, квантовые флуктуации которого при некоторых условиях могут начать взаимодействовать с пространством-временем и влиять на его характеристики.
"Квантовое эхо" и эволюция вакуума
Пока у физиков нет четких представлений о том, к каким последствиям для всей Вселенной в целом могут привести эти взаимодействия, как они влияют на свойства темной энергии. Для решения этой задачи российские физики разработали строгую математическую модель, которая позволяет проследить судьбу квантовых полей на бесконечно далеких временах в расширяющейся Вселенной, построенной на базе пространства-времени де Ситтера.
В процессе разработки этой модели ученые обнаружили, что самые сложные квантовые поправки к поведению данных полей, так называемые "пузыри в пузыре" на диаграммах Фейнмана, вносят пренебрежимо малый вклад в общую картину. Это открытие позволило значительно упростить конечное уравнение, сделав его линейным и доступным для точного аналитического решения. Последующие расчеты такого рода показали, что чем старше становится Вселенная, тем сильнее проявляются квантовые эффекты, что нужно учитывать при прогнозировании перемен в ее облике.
В частности, российские ученые обнаружили, что считавшийся в прошлом стабильным вакуум на самом деле является средой, свойства которой медленно, но неумолимо меняются под действием квантовых эффектов. Это потенциально говорит о том, что наблюдаемые сегодня свойства темной энергии представляют собой не фундаментальную константу, а результат долгой эволюции вакуума под действием своеобразных "отголосков" квантовых взаимодействий, подытожили авторы исследования.