¿Qué es un falso vacío en el espacio metaestable?

E

n cualquier sistema físico encontrarás que hay una energía en un “estado fundamental” al que el sistema trata de acercarse. Por ejemplo, si viertes agua en una bañera hay muchas maneras en que el agua podría configurarse, pero rápidamente tratará de asumir el estado fundamental: estar lo más bajo posible.

El potencial gravitatorio (la energía que algo en un estante alto tiene más, y que se libera cuando caen las cosas) es el ejemplo más fácil de un sistema energético para representar. Un avión en el cielo tiene más potencia gravitatorio que una persona acostada en el suelo.

Pero en el ejemplo de la bañera, el agua en la bañera no “sabe” sobre el desagüe o el área alrededor de la bañera. Teniendo en cuenta la posibilidad de que el agua fluya fuera de la bañera y en un nuevo estado inferior, el suelo. En términos matemáticos, usted diría que el agua en una tina está en un “mínimo de energía local”. Dentro de la bañera, el agua definitivamente asume el único estado fundamental que puede encontrar. Sin embargo, si saltó fuera de la tina, o alguien sacó el tapón, entonces el agua trataría de encontrar un nuevo estado inferior y encontraría que ganó un montón de nueva energía en el proceso (lo que con el flujo y salpicaduras y cualquier cosa).

La idea de los niveles de energía, y los estados fundamentales, y todo eso, se aplica a prácticamente todo. Esto incluye campos electromagnéticos e incluso campos de partículas. Un “campo de partículas” es la forma cuántica mecánica de describir partículas, y cada campo tiene un conjunto bastante razonable de niveles de energía. Cada nueva partícula eleva el nivel de energía en un solo paso, y el nivel del suelo es exactamente lo que cabría esperar: cero partículas.

El vacío es el estado fundamental más absoluto: ninguna onda, ninguna partícula, nada para elevar la energía por encima de cero. Sin embargo, todas las dinámicas del universo se rigen por las diferencias en el nivel de energía. Por ejemplo, cuando se llena una tina, no importa si la tina está en la cima de una montaña, o en el fondo de una mina, el agua se comportará de la misma manera. Por lo tanto, la idea detrás de un vacío falso es que lo que consideramos el estado fundamental del universo no es realmente el estado fundamental, y puede ser posible caer en un estado de energía aún más baja (drenar la bañera, por así decirlo) . Lo que pensamos es el estado fundamental, el vacío, puede no ser el verdadero estado fundamental. Así que se llama un “vacío falso”.

 

El “peligro” de vivir en un vacío falso es que, bajo las circunstancias apropiadas, el vacío falso puede caer en el vacío verdadero. La causa se describe generalmente como una explosión suficiente de energía para obtener los campos apropiados “sobre la pendiente” (foto arriba). Si la diferencia de energía entre el vacío falso y el vacío verdadero es suficientemente grande, entonces el espacio circundante también puede ser inclinado en el estado inferior. En teoría, un “falso colapso del vacío” se expandiría a la velocidad de la luz (o cerca de la velocidad de la luz) desde el evento de origen, y destruiría todo lo que hay en la región afectada y en constante expansión.

Vale la pena mencionar que la idea de un vacío falso es especulación salvaje y que no hay indicación, ni siquiera un poco, de que el vacío del universo es un vacío falso y no el verdadero estado fundamental. Hay una larga historia de explosiones espectaculares de energía en el universo, y ninguno de ellos ha tropezado un colapso. El estado fundamental del universo es como un testículo septuagenario; Si no ha caído por ahora, probablemente no lo hará.

* Por razones sutiles, resulta que no se puede llegar a cero y como resultado el estado de vacío tiene un poco más de cero energía. Esta pequeña diferencia se conoce como “energía de vacío” o “energía de punto cero”, y es responsable de cosas como el efecto Casimir. Por cierto, hay algunas cuestiones importantes a resolver que implican un desacuerdo entre los valores medidos y predichos de la energía de vacío.


Guillermo Cuadra

guillermo@polimates.org

Guillermo Cuadra
Guillermo Cuadra
Desde que nos damos cuenta de que somos seres concientes, pensantes y reflexivos, tenemos la obligación de indagar sobre el por qué y para qué existimos. Si es que tiene sentido la última pregunta.

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