Caída del falso vacío
En la teoría cuántica de campos , un falso vacío [1] es un vacío hipotético que es estable, pero no en el estado más estable posible (es metaestable ). [2] Puede durar mucho tiempo en ese estado, pero eventualmente podría decaer a un estado más estable, un evento conocido como decaimiento del falso vacío . La sugerencia más común de cómo podría ocurrir tal descomposición en nuestro universo se llama nucleación de burbujas : si una pequeña región del universo por casualidad alcanzara un vacío más estable, esta "burbuja" (también llamada "rebote") [3] [4 ] se extendería.
Un falso vacío existe en un mínimo local de energía y, por lo tanto, no es estable, en contraste con un verdadero vacío, que existe en un mínimo global y es estable.
Un vacío se define como un espacio con la menor energía posible. A pesar del nombre, el vacío todavía tiene campos cuánticos . Un verdadero vacío es estable porque se encuentra en un mínimo global de energía, y comúnmente se asume que coincide con el estado de vacío físico en el que vivimos. Es posible que un estado de vacío físico sea una configuración de campos cuánticos que representan un mínimo local pero no mínimo global de energía. Este tipo de estado de vacío se denomina "falso vacío".
Si nuestro universo está en un estado de falso vacío en lugar de en un estado de verdadero vacío, entonces el decaimiento del falso vacío menos estable al verdadero vacío más estable (llamado decaimiento del falso vacío) podría tener consecuencias dramáticas. [5] [6] Los efectos podrían variar desde el cese completo de las fuerzas fundamentales existentes , las partículas elementales y las estructuras que las componen, hasta cambios sutiles en algunos parámetros cosmológicos, dependiendo principalmente de la diferencia de potencial entre el vacío verdadero y el falso. Algunos escenarios de descomposición del falso vacío son compatibles con la supervivencia de estructuras como galaxias y estrellas [7] [8] o incluso vida biológica [9], mientras que otros implican la destrucción total demateria bariónica [10] o incluso el colapso gravitacional inmediato del universo, [11] aunque en este caso más extremo la probabilidad de que se forme una "burbuja" puede ser muy baja (es decir, la descomposición del falso vacío puede ser imposible). [12]
Un artículo de Coleman y de Luccia que intentó incluir suposiciones gravitacionales simples en estas teorías señaló que si se trataba de una representación precisa de la naturaleza, entonces el universo resultante "dentro de la burbuja" en tal caso parecería ser extremadamente inestable y casi colapsar inmediatamente:
En general, la gravitación hace que la probabilidad de decaimiento del vacío sea menor; en el caso extremo de una diferencia de densidad de energía muy pequeña, puede incluso estabilizar el falso vacío, evitando por completo la descomposición del vacío. Creemos entender esto. Para que el vacío decaiga, debe ser posible construir una burbuja de energía total cero. En ausencia de gravitación, esto no es un problema, sin importar cuán pequeña sea la diferencia de densidad de energía; todo lo que hay que hacer es hacer que la burbuja sea lo suficientemente grande y la relación volumen/superficie hará el trabajo. Sin embargo, en presencia de la gravitación, la densidad de energía negativa del verdadero vacío distorsiona la geometría dentro de la burbuja con el resultado de que, para una densidad de energía lo suficientemente pequeña, no hay burbuja con una relación volumen/superficie lo suficientemente grande. Dentro de la burbuja, los efectos de la gravitación son más dramáticos.espacio anti-de Sitter , un espacio muy parecido al espacio convencional de De Sitter, excepto que su grupo de simetrías es O (3, 2) en lugar de O (4, 1). Aunque este espacio-tiempo está libre de singularidades, es inestable bajo pequeñas perturbaciones e inevitablemente sufre un colapso gravitacional del mismo tipo que el estado final de un universo de Friedmann en contracción . El tiempo requerido para el colapso del universo interior es del orden de... microsegundos o menos.
