Физики изучили фазовые переходы темной энергии и отложили коллапс Вселенной

Фазовые переходы темной энергии — это гипотетические скачкообразные изменения вакуума во Вселенной. Анализ реликтового излучения показал, что темный сектор стабилен, и если переход был, он затронул менее 1% энергии.

Ключевые тезисы:

• Темная энергия доминирует в космосе последние 3–4 миллиарда лет.
• По данным наблюдений за реликтовым излучением, в недавнем прошлом темный сектор был невероятно стабильным.
• Даже при сценарии коллапса пространства Вселенной остается существовать не менее 14 миллиардов лет.

Около 3–4 миллиардов лет назад Вселенная вступила в новую эпоху, когда загадочная темная энергия стала доминирующей силой, заставляя пространство расширяться с ускорением. Исследователи из Университета Нотр-Дам и Университета Фудань доказали, что космическое микроволновое фоновое излучение (остаточный свет от Большого взрыва) может служить надежным инструментом для поиска скрытых фазовых переходов, происходивших в эту эпоху.

Пузыри в космическом вакууме

Ранняя история нашего мира была наполнена масштабными трансформациями, такими как электрослабый фазовый переход или фазовый переход квантовой хромодинамики. Физики Сет Корен и Юхсин Цай из Университета Нотр-Дам совместно с Рунцином Ваном из Университета Фудань задались целью выяснить, могла ли скрытая часть Вселенной пережить подобное потрясение в более недавнем прошлом.

Команда проанализировала гипотетический фазовый переход первого рода, который мог произойти уже после того, как темная энергия захватила контроль над расширением пространства. С физической точки зрения такой процесс напоминает кипение воды: одно физическое состояние внезапно сменяется другим через образование и расширение пузырей нового вакуума, высвобождающих энергию.

Как отмечают исследователи в своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, наука пока не находит прямых доказательств взаимодействия частиц темного сектора (включая темную материю) со Стандартной моделью. Это заставляет ученых рассматривать сценарий, при котором темный сектор контактирует с нашим миром исключительно через гравитацию.

Фантастические фильмы часто изображают распад вакуума как мгновенную апокалиптическую катастрофу. Однако, по словам Сета Корена, фазовый переход в изолированном темном секторе стал бы абсолютно безмолвным космическим событием, никак не ощутимым в нашей повседневной жизни. Найти его следы можно только путем точнейших космологических измерений.

Реликтовое излучение как космическая подсветка

Изучение общего, усредненного расширения пространства позволяет заметить только самые масштабные изменения. Если бы фазовый переход произошел равномерно по всей Вселенной, астрономы смогли бы зафиксировать его, только если бы в нем участвовало не менее 10% всей темной энергии. Это слишком грубый инструмент.

Современные телескопы дают возможность изучать не только общую картину, но и крошечные вариации свойств космоса в разных направлениях. Исследователи предложили использовать реликтовое излучение (CMB) в качестве своеобразной космической «подсветки».

• Механика процесса. Поскольку фазовый переход идет неравномерно (пузыри нового состояния образуются в разное время и в разных местах), фотоны реликтового излучения, летящие к Земле с разных сторон, пересекают эти области несинхронно.
• Эффект. Это приводит к анизотропному (неравномерному) красному смещению: длина волны света искажается по-разному в зависимости от того, через какие участки меняющегося вакуума прошел луч.

Команда математически рассчитала, как именно неравномерный фазовый переход изменил бы спектр реликтовых фотонов. Затем физики сопоставили свои расчеты с реальными данными наблюдений микроволнового неба, собранными обсерваторией Planck. Отсутствие расчетных искажений в данных позволило установить беспрецедентно жесткие рамки на поведение темной энергии.

Струны, «болото» и отмена скорого конца света

Новое исследование стало первой работой, в которой астрономические наблюдения используются для оценки стабильности темного сектора в недавней истории Вселенной. Выводы оказались однозначными: темный сектор оставался невероятно стабильным на протяжении всей эпохи доминирования темной энергии.

Ключевые ограничения, установленные физиками:

• Менее 1% — именно такая, крошечная доля темной энергии могла быть задействована в любых бурных фазовых переходах (при параметре отношения обратной длительности к скорости расширения β/H∗≤25β/H∗​≤25).
• Минимум 14 миллиардов лет — столько времени остается до возможного коллапса Вселенной (при β/H∗≤500β/H∗​≤500).

Последний пункт напрямую связан с идеями из теории струн, в частности с концепцией «Болота» (Swampland). Некоторые теоретики предполагают, что Вселенная не может расширяться вечно: однажды этот процесс остановится, сменится сжатием и завершится «Большим сжатием». Если этот разворот запускается фазовым переходом, то теоретически он мог начаться уже сейчас. Однако данные реликтового излучения показывают, что человечество находится максимум на середине жизненного пути Вселенной, и в ближайшие миллиарды лет сжатие нам не грозит.

Неожиданная подсказка от телескопа DESI

По удачному стечению обстоятельств, пока Корен, Цай и Ван вели свои расчеты, коллаборация Спектроскопического прибора темной энергии (DESI) опубликовала интригующие данные. Наблюдения указали на возможные изменения в поведении темной энергии на поздних этапах эволюции космоса (при красном смещении z∼0.5).

Фазовый переход первого рода идеально описывает такое поведение: часть темной энергии могла конвертироваться в другие формы, например, в темную материю или безмассовое «темное излучение». Предварительный анализ, проведенный авторами совместно с исследователем Саем Чайтаньей Тадепалли, показывает, что модель Вселенной с фазовым переходом лучше согласуется с новыми данными DESI, чем стандартная космологическая модель ΛCDM. В отличие от экзотических теорий, требующих переписывания законов физики, этот механизм элегантен и хорошо понятен.

В будущем исследователи планируют изучить фазовые переходы в секторах, которые имеют слабую связь с обычной материей (например, через фотоны, нейтрино или бозон Хиггса). Это может дать астрофизикам новые наблюдаемые сигналы, выходящие за рамки чисто гравитационных эффектов.

Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен

FAQ: Часто задаваемые вопросы

Источник: Seth Koren, Yuhsin Tsai, Runqing Wang. Setting limits on phase transitions in the dark energy era. Physical Review Letters (2026).

Читайте также: Космический апокалипсис на квантовом уровне: жизнь на лезвии бритвы ложного вакуума