En la teoria quàntica de camps, un fals buit és un estat de buit hipotètic que és localment estable però que no ocupa l'estat fonamental més estable possible. En aquesta condició s'anomena metaestable. Pot durar molt de temps en aquest estat, però finalment podria decaure a un de més estable, un esdeveniment conegut com a decaïment del fals buit. El suggeriment més comú de com podria ocórrer aquesta decadència al nostre univers s'anomena nucleació de bombolles: si una petita regió de l'univers arribés per casualitat a un buit més estable, aquesta "bombolla" (també anomenada "rebot") s'escamparia. miniatura|Un camp escalar φ (que representa la posició física) en un fals buit. L'energia E és més alta en el fals buit que en el buit veritable o estat fonamental, però hi ha una barrera que impedeix que el camp baixi clàssicament fins al buit veritable. Per tant, la transició al buit veritable ha de ser estimulada mitjançant la creació de partícules d'alta energia o mitjançant l'efecte túnel quàntic. Un fals buit existeix a un mínim local d'energia i, per tant, no és completament estable, a diferència d'un veritable buit, que existeix a un mínim global i és estable.
Definició de buit veritable vs. fals Un buit es defineix com un espai amb la menor quantitat d'energia possible. Malgrat el nom, el buit encara té camps quàntics. Un veritable buit és estable perquè té un mínim global d'energia i se sol assumir que coincideix amb l'estat de buit físic en què vivim. És possible que un estat de buit físic sigui una configuració de camps quàntics que representen un mínim local però no un mínim global d'energia. Aquest tipus d'estat de buit s'anomena "fals buit".
Implicacions Amenaça existencial Si el nostre univers es troba en un estat de buit fals en lloc d'un estat de buit veritable, aleshores la decadència del buit fals menys estable al buit veritable més estable (anomenada decadència del buit fals) podria tenir conseqüències dramàtiques. Els efectes podrien anar des del cessament complet de les forces fonamentals existents, les partícules elementals i les estructures que les componen, fins a un canvi subtil en alguns paràmetres cosmològics, depenent principalment de la diferència de potencial entre el buit veritable i el fals. Alguns escenaris de decadència del buit fals són compatibles amb la supervivència d'estructures com galàxies, estrelles, i fins i tot vida biològica, mentre que d'altres impliquen la destrucció completa de la matèria bariònica o fins i tot un col·lapse gravitatori immediat de l'univers. En aquest cas més extrem, la probabilitat que es formi una "bombolla" és molt baixa (és a dir, una de cada 10 a la potència 868 o la decadència del buit fals pot ser fins i tot impossible).
Un article de Coleman i De Luccia que intentava incloure suposicions gravitacionals simples en aquestes teories assenyalava que si aquesta era una representació precisa de la natura, aleshores l'univers resultant "dins de la bombolla" en aquest cas semblaria extremadament inestable i es col·lapsaria gairebé immediatament:
En general, la gravitació redueix la probabilitat de decaïment del buit; en el cas extrem d'una diferència mínima de densitat d'energia, pot fins i tot estabilitzar el fals buit, evitant completament el decaïment del buit. Creiem que ho entenem. Perquè el buit decaigui, ha de ser possible construir una bombolla d'energia total zero. En absència de gravitació, això no és un problema, independentment de com de petita sigui la diferència de densitat d'energia; tot el que cal fer és fer la bombolla prou gran i la relació volum/superfície farà la feina. En presència de gravitació, però, la densitat d'energia negativa del veritable buit distorsiona la geometria dins de la bombolla amb el resultat que, per a una densitat d'energia prou petita, no hi ha cap bombolla amb una relació volum/superfície prou gran. Dins de la bombolla, els efectes de la gravitació són més dramàtics. La geometria de l'espai-temps dins de la bombolla és la de l'espai anti-de Sitter, un espai molt semblant a l'espai de Sitter convencional excepte que el seu grup de simetries és O(3, 2) en lloc d'O(4, 1). Tot i que aquest espai-temps està lliure de singularitats, és inestable sota petites pertorbacions i inevitablement pateix un col·lapse gravitatori del mateix tipus que l'estat final d'un univers de Friedmann en contracció. El temps necessari per al col·lapse de l'univers interior és de l'ordre de... microsegons o menys.
La possibilitat que visquem en un fals buit mai ha estat una possibilitat encoratjadora de contemplar. La decadència del buit és la catàstrofe ecològica definitiva; en el nou buit hi ha noves constants de la natura; després de la decadència del buit, no només la vida tal com la coneixem és impossible, sinó també la química tal com la coneixem. No obstant això, sempre es podria obtenir un consol estoic de la possibilitat que potser amb el temps el nou buit mantindria, si no la vida tal com la coneixem, almenys algunes estructures capaces de conèixer l'alegria. Aquesta possibilitat ara s'ha eliminat.
El segon cas especial és la decadència en un espai de constant cosmològica que s'esvaeix, el cas que s'aplica si ara vivim entre les runes d'un fals buit que va decaure en alguna època còsmica primerenca. Aquest cas ens presenta una física menys interessant i amb menys ocasions per a l'excés retòric que l'anterior. Ara és l'interior de la bombolla que és l'espai de Minkowski ordinari...
— Sidney Coleman i Frank De Luccia
En un article publicat a Nature el 2005, com a part de la seva investigació sobre els riscos catastròfics globals, el físic del MIT Max Tegmark i el filòsof d'Oxford Nick Bostrom calculen els riscos naturals de la destrucció de la Terra en menys d'1/10⁻⁹ per any a partir de tots els esdeveniments naturals (és a dir, no antropogènics), inclosa una transició a un estat de buit inferior. Argumenten que, a causa dels efectes de selecció d'observadors, podríem subestimar les possibilitats de ser destruïts per la decadència del buit, ja que qualsevol informació sobre aquest esdeveniment només ens arribaria en l'instant en què nosaltres també fóssim destruïts. Això contrasta amb esdeveniments com els riscos d'impactes, esclats de raigs gamma, supernoves i hipernoves, les freqüències de les quals tenim mesures directes adequades.
Inflació Diverses teories suggereixen que la inflació còsmica pot ser un efecte d'un fals buit que es desintegra en el veritable buit. La inflació en si mateixa pot ser la conseqüència del camp de Higgs atrapat en un estat de fals buit amb l'autoacoblament de Higgs λ i la seva funció β λ molt propera a zero a l'escala de Planck. Un futur col·lisionador d'electrons-positrons podria proporcionar les mesures precises del quark top necessàries per a aquests càlculs.
La teoria de la inflació caòtica suggereix que l'univers pot estar en un fals buit o en un veritable estat de buit. Alan Guth, en la seva proposta original per a la inflació còsmica, va proposar que la inflació podria acabar mitjançant la nucleació de bombolles mecàniques quàntiques del tipus descrit anteriorment. Vegeu la història de la teoria de la inflació caòtica. Aviat es va entendre que un univers homogeni i isotròpic no es podia preservar mitjançant el procés de túnel violent. Això va portar Andrei Linde i, independentment, Andreas Albrecht i Paul Steinhardt, a proposar una "nova inflació" o "inflació de roll lent" en què no es produeix cap túnel i, en canvi, el camp escalar inflacionari es representa gràficament com un pendent suau.
El 2014, investigadors de l'Institut de Física i Matemàtiques de Wuhan de l'Acadèmia Xinesa de les Ciències van fer una demostració matemàtica real de la idea ja existent que l'univers podria haver estat creat espontàniament del no-res (ni espai, ni temps, ni matèria) per fluctuacions quàntiques d'un fals buit metaestable que causaria una bombolla expansiva de veritable buit.
Varietats de desintegració al buit Decaïment electrofeble del buit miniatura|Paisatge d'estabilitat del buit electrofeble segons les estimacions del 2012 Els criteris d'estabilitat per a la interacció electrofeble es van formular per primera vegada el 1979 com a funció de les masses del bosó de Higgs teòric i del fermió més pesant. El descobriment del quark top el 1995 i del bosó de Higgs el 2012 ha permès als físics validar els criteris contra l'experiment, per tant, des del 2012, la interacció electrofeble es considera la candidata més prometedora per a una força fonamental metaestable, també coneguda com a "força fonamental pseudoestable". La hipòtesi de fals buit corresponent s'anomena "inestabilitat de buit electrofeble" o "inestabilitat de buit de Higgs". L'estat actual de fals buit s'anomena (espai de de Sitter), mentre que el buit veritable provisional s'anomena (Espai Anti-de Sitter). miniatura|Paisatge d'estabilitat del buit electrofeble segons les estimacions del 2018. T RH és l'energia de gran unificació. ξ és el grau d'acoblament no mínim entre les forces fonamentals. Els diagrames mostren els rangs d'incertesa de les masses del bosó de Higgs i del quark top com a línies ovalades. Els colors subjacents indiquen si és probable que l'estat de buit electrofeble sigui estable, simplement de llarga durada o completament inestable per a una combinació de masses determinada. La hipòtesi de la "decaïment del buit electrofeble" de vegades es va presentar erròniament com si el bosó de Higgs "posés fi" a l'univers. A 125,18 ± 0,16 És probable que la massa del bosó de Higgs es trobi al costat metaestable del límit estable-metaestable (estimada el 2012 com a .) Una resposta definitiva requereix mesures molt més precises de la massa polar del quark top, però, tot i que la millora de la precisió de la mesura de les masses del bosó de Higgs i del quark top va reforçar encara més l'afirmació que el buit electrofeble físic es troba en estat metaestable a partir del 2018. No obstant això, la nova física més enllà del Model Estàndard de Física de Partícules podria canviar dràsticament les línies de divisió del paisatge d'estabilitat, fent que els criteris d'estabilitat i metaestabilitat anteriors fossin incorrectes. La reanàlisi de les dades de l'execució del LHC del 2016 el 2022 ha donat una massa del quark top lleugerament inferior de 171,77 ± GeV, a prop de la línia d'estabilitat del buit però encara a la zona metaestable.
Si les mesures del bosó de Higgs i del quark top suggereixen que el nostre univers es troba dins d'un fals buit d'aquest tipus, això implicaria que els efectes de la bombolla es propagaran per l'univers gairebé a la velocitat de la llum des del seu origen a l'espai-temps. Un càlcul directe dins del Model Estàndard de la vida útil del nostre estat de buit troba que és més gran que anys amb un 95% de confiança.
Altres modes de decadència Decracció a un valor esperat de buit més petit, resultant en una disminució de l'efecte Casimir i desestabilització dels protons. Desintegració al buit amb una massa de neutrins més gran (pot haver ocorregut fa uns quants milers de milions d'anys). Desintegració al buit sense energia fosca. La decadència del fals buit a temperatura finita es va observar per primera vegada en superfluids ferromagnètics d'àtoms ultrafreds.
Nucleació de bombolles