Черная дыра перед Большим Магеллановым Облаком. Компьютерное моделирование. Изображение Alain r / commons.wikimedia.orgАлексей Левин

Физики из Института ядерных исследований РАН, МФТИ и Института теоретической и математической физики МГУ представили новый сценарий тотальной гибели нашей Вселенной в результате взаимодействия поля Хиггса с полем тяготения вблизи горизонта черной дыры ¹. С прискорбием должен сообщить, что один из авторов, замечательный физик-теоретик и космолог Дмитрий Геннадьевич Левков скоропостижно скончался 18 июля 2026 года на сорок седьмом году жизни и не дожил до публикации ².

Дмитрий Геннадиевич Левков в своем кабинете. Январь 2024 года. Фото Е. В. Соколовой

Вначале дам короткое введение в проблему.

Как известно, в основе современной фундаментальной физики и космологии лежит созданная около полувека назад Стандартная модель элементарных частиц. В частности, она описывает роль поля Хиггса (и его квантов, бозонов Хиггса) в процессе обретения элементарными частицами тех масс, которые физики определяют в ходе измерений. Эта трансформация (точнее, фазовый переход) случилась в ходе постепенного охлаждения только что родившейся Вселенной, когда ее возраст составил около 10^–11 с, а температура опустилась до 10¹⁵ К. Ей непосредственно предшествовало разделение единого до того электрослабого взаимодействия на два компонента, которые с того времени «работают» независимо друг от друга. Один из них мы называем электромагнитным взаимодействием, другой — слабым (или слабым ядерным). Переносчиками электромагнетизма служат фотоны, а слабого — тройка промежуточных векторных бозонов: положительный W⁺, отрицательный W– и нейтральный Z. Поле Хиггса не взаимодействует с фотонами и оставляет их безмассовыми, но в то же время придает массы всем прочим частицам. Поэтому фотоны переносят электромагнитные силы по всему пространству, а весьма тяжелые промежуточные векторные бозоны действуют на дистанциях порядка 10^–16 см. Более подробно механизм обретения частицами массы в результате действия хиггсова поля (его называют механизмом Хиггса) описан в восьмой главе моей книги «Этюды о частицах: от рентгеновских фотонов до бозона Хиггса» ³.

Конкретные массы всех ныне существующих частиц определяются нынешней величиной поля Хиггса — точнее, его значением в том состоянии, в котором оно пребывает со времени электрослабого фазового перехода. Согласно Стандартной модели, это состояние зафиксировалось в локальном минимуме энергии хиггсова поля и потому оказалось достаточно устойчивым, чтобы сохраниться до нашего времени. Стандартная модель позволяет вычислить соответствующее этому минимуму ожидаемое вакуумное значение поля Хиггса, которое приблизительно равно 246 ГэВ.

Вот здесь-то и возникает проблема, о которой сейчас пойдет речь. Масса обнаруженного в 2012 году бозона Хиггса почти вдвое меньше, она составляет 125 ГэВ и заметно уступает массе самого тяжелого представителя кваркового семейства, топ-кварка, которая равна 172,5 ГэВ. Фишка здесь в том, что обе эти частицы влияют на устойчивость вакуума. При этом он деградирует тем интенсивней, чем меньше масса бозона Хиггса и чем больше масса топ-кварка. Как показывают вычисления в рамках Стандартной модели, этот эффект проявляется уже на масштабах энергий порядка 10¹⁰–10¹¹ ГэВ.

И каковы же последствия? При увеличении плотности энергии еще на несколько порядков потенциал Хиггса обретает более глубокий и потому более устойчивый минимум, где он делается истинно стабильным. Тот минимум, где поле Хиггса оказалось после распада электрослабого взаимодействия, всего лишь метастабилен (поэтому его называют ложным вакуумом). В принципе, это было доказано довольно давно ⁴, хотя численные оценки критических масс бозона Хиггса и топ-кварка, конечно, не раз менялись.

Если это так, то будущая устойчивость нашей Вселенной отнюдь не гарантирована. Квантовая механика и квантовая теория поля требуют, чтобы находящаяся в метастабильном состоянии система со временем перешла в состояние с меньшей энергией — в данном случае мигрировала бы из ложного вакуума в истинный. Эта миграция осуществляется как квантовое туннелирование через потенциальный барьер, который отделяет ложный вакуум от истинного. Расчеты такого туннелирования для простых систем можно найти даже в элементарных учебниках квантовой механики, а его стандартным примером служит альфа-распад атомных ядер.

В ситуации, о которой сейчас идет речь, этот переход начинается с образования зародыша истинного вакуума, который рождается в какой-то точке пространства как крошечный пузырь и расширяется со скоростью света. Внутри себя он меняет параметры частиц и их взаимодействий и тем разрушает существующую материю. Это означает гибель нашей Вселенной в самом полном и абсолютном смысле этого слова.

А теперь самое интересное. В условиях нынешней температуры и плотности Вселенной вероятность такого туннелирования настолько мала, что она имеет все шансы прожить еще как минимум много триллионов лет. Тем не менее при измеренных массовых параметрах бозона Хиггса и топ-кварка Вселенная оказывается весьма близкой к фазовому переходу из ложного вакуума в истинный. Оказывается, наша Вселенная лежит у самой границы зоны метастабильности, и от провала в истинный вакуум ее отделяют лишь небольшие изменения масс бозона Хиггса и топ-кварка — всего лишь порядка одного ГэВ.

Конечно, этот вывод основан на результатах вычислений на базе Стандартной модели. Нельзя исключить, что ее будущие модификации или даже полный пересмотр в рамках так называемой (и пока гипотетической) Новой Физики смогут изменить потенциал Хиггса и сделать наш вакуум не ложным, а истинным. В таком случае никакое туннелирование Вселенной грозить не будет, и она сохранится на веки вечные. Однако пока мы имеем то, что имеем.

Но здесь есть тонкость. До сих пор мы обсуждали вероятность распада ложного вакуума в пустом пространстве. Однако многие теоретики приводили серьезные аргументы в пользу гипотезы, согласно которой она может радикально возрастать в тех или иных специфических космических локациях.

В частности, речь может идти о сверхмикроскопических черных дырах, находящихся на грани исчезновения из-за непрерывной потери материи, которую свыше шестидесяти лет назад предсказал Стивен Хокинг. В одной короткой заметке он указал на то, что вблизи поверхности черной дыры пары виртуальных частиц и античастиц (прежде всего электронов и позитронов) должны разрываться экстремальным тяготением и тем самым избегать аннигиляции ⁵. Благодаря этому частицы с отрицательной энергией мигрируют внутрь черной дыры, а их партнеры с положительной энергией вылетают во внешнее пространство, где проявляют себя как тепловое излучение. В результате черная дыра с возрастающей скоростью теряет массу — как часто говорят, испаряется. Поскольку температура черной дыры, как показано тем же Хокингом, обратно пропорциональна ее массе, она непрерывно нагревается и в конце концов заканчивает свою жизнь во взрыве с испусканием гамма-квантов. Правда, существуют и другие сценарии испарения, которые не предполагают полного исчезновения черной дыры, но они столь же гипотетичны, сколь и сценарий самого Хокинга.

Время «хокинговского» исчезновения ныне существующих постзвездных или более массивных черных дыр столь непредставимо велико (2×10⁶⁷ лет для дыры солнечной массы) , что его обсуждение фактически лишается смысла. Однако есть и более реалистичный вариант. В 1967 году Яков Борисович Зельдович и его коллега по Институту прикладной математики АН СССР Игорь Дмитриевич Новиков предположили, что существовавшие в сверхранней Вселенной флуктуации плотности горячей материи могли приводить к сильнейшим локальным искажениям гравитационного поля, которые рождали черные дыры, причем, в принципе, даже и макроскопические. В теории крупнейшие из них могли дожить до нашей эпохи (правда, пока они не обнаружены), а дыры сильно помельче были обязаны взорваться задолго до ее прихода. Позднее эту концепцию первичных черных дыр развивали многие специалисты, включая и Хокинга. В частности, еще не испарившиеся первичные черные дыры считаются вполне приемлемыми кандидатами на роль компонентов темной материи⁶.

В ряде теоретических исследований были разобраны различные сценарии драматического снижения потенциального барьера между ложным и истинным минимумами электрослабого вакуума на горизонтах первичных черных дыр. Хотя полученные решения отнюдь не идентичны, некоторые авторы допускают, что в результате вероятность вакуумного распада может возрасти на сотни порядков. Например, Филипп Бурда, Руфь Грегори и Йен Мосс пришли к заключению, что один из методов квантовомеханических вычислений, так называемая аппроксимация «тонкой стенки» барьера, снижает время его жизни от многих миллиардов лет до всего лишь миллиона единиц планковского времени, что по порядку величины составляет 10^–38 с ⁷. Правда, эта аппроксимация основана на замене конечной толщины стенки на дельта-функцию Дирака и потому очевидным образом условна, но всё же такая оценка впечатляет.

Теперь можно перейти к статье Горбунова, Левкова и Маслова. Ее главное отличие от предшествующих исследований влияния черных дыр на распад метастабильно электрослабого вакуума состоит в том, что соавторы нашли новое решение, которое не обладает сферической симметрией относительно геометрического центра дыры. Сферически симметричные сценарии описывают зародыш истинного вакуума как шаровой слой, окружающий дыру (см. рис. 1, a). Сценарий троицких физиков представляет его, если так можно выразиться, в виде «нашлепки» истинного вакуума, локализованной на части поверхности черной дыры и потому расположенной асимметрично ее центру (см. рис. 1, b).

Добавлю подробностей. В статье рассмотрена шварцшильдовская (то есть невращающаяся и электрически нейтральная) черная дыра, которая находится в тепловом равновесии с окружающим газом, нагретым до хокинговской температуры ее поверхности. Авторы показали, что зародыш истинного вакуума сохраняет сферическую симметрию лишь в том случае, если радиус черной дыры r_s (который, как известно, пропорционален ее массе) оказывается меньше некоторого критического параметра r_a. В альтернативном случае, когда r_s превосходит r_a, сферическая симметрия спонтанно нарушается. Поэтому пузырь истинного вакуума рождается лишь с одной стороны от центра дыры и уже оттуда начинает свою злодейскую операцию по уничтожению Вселенной.

Это не всё. Рассмотренная в статье модель предписывает три различных режима распада ложного вакуума. Для самых массивных и потому (по Хокингу!) самых холодных дыр работает описанный выше механизм квантового туннелирования, который запускается в какой-то точке горизонта. В случае промежуточных масс ложный вакуум разрушают тепловые флуктуации, которые рождают вблизи горизонта пузыри истинного вакуума. Такие флуктуации служат главной причиной деградации метастабильного состояния также и для самых легких, а потому самых горячих дыр, однако в этом режиме истинный вакуум рождается по всей поверхности горизонта.

Схематическое изображение пузырей, образующихся при распаде ложного вакуума вблизи (а) малых и (б) больших черных дыр Шварцшильда радиуса rs

Такая вот интересная триада. В статье каждый режим представлен во множестве деталей, но они, разумеется, выходят за рамки популярного изложения.

Алексей Левин

---

¹ Gorbunov D. S., Levkov D. G., Maslov V. E. Thermal false vacuum decay near black holes is aspherical. 12 August 2026. arxiv.org/abs/2608.12469

² Арефьева И. Я., Барвинский А. О. и др. Памяти Дмитрия Геннадиевича Левкова // УФН 196 893–894 (2026). ufn.ru/ufn2026/ufn2026_8/Russian/r268h.pdf

³ avtor-kmk.ru/pages/showitem.php?id=953

⁴ См., напр., Isidori G., Rudolfi G., Strumia A. On the metastability of the standard model vacuum // Nuclear Physics B, 609, 387–409 (2001).

⁵ Hawking S. Black hole explosion? // Nature, 248, № 5443, 30–31 (1974).

⁶ См. также www.trv-science.ru/2026/09/sushhestvuyut-li-pervichnye-chernye-dyry/

⁷ Burda P., Gregory R., and Moss I. G. Gravity and the stability of the Higgs vacuum // Physical Review Letters, 115, 071303 (2015). doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.071303