澳洲新理论？宇宙在 “假真空衰变 “中结束？看它如何走到灭亡？

日期：2022-06-12 栏目：Australia 澳洲新闻

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宇宙如何在 “假真空衰变 “中结束？

宇宙实际上并不像我们想象的那样稳定。

哈勃太空望远镜的超深空视野中的一小片宇宙。（图片来源：NASA/ESA和哈勃）

世界走向终结并非因为大爆炸，而是因为宇宙基态的量子真空衰变到达最小值。宇宙曾经历过剧烈的相变，这种相变最终导致了自然界四种基本相互作用力以及我们今天所知道的各种粒子的出现，所有的这一切都发生在宇宙寿命不到一秒钟的时候，而且从那以后它就一直很稳定，但它似乎不会永远稳定下去。

宇宙的相变

要了解宇宙的稳定性，首先我们需要谈谈相变。相变是指物质系统在不同相之间的相互转变，它们无时无刻不在发生。当你烧一壶开水时，它就会从液体变成气体，而当你冷却同样的水，它变成了一块冰。

最奇特的相变也许是发生在量子场上的相变。量子场是宇宙的基本构成成分，每一种粒子——比如说，光子或电子——实际上都只是一个基本场的局部表现，场像橄榄油浸泡着面包一样浸透了整个时空，这些场相互作用和相互交流的方式构成了存在于我们身边的力和物理。

我们身边所有的存在都基于四种基本相互作用力：重力、弱相互作用、电磁力、强相互作用，但并非一直都是这个样子的，在宇宙早期，这些力是统一的，由于宇宙向外膨胀并冷却，量子场在相变的过程中逐个分离成不同的相互作用力。

最后一次相变发生在电磁力从弱相互作用中剥离出来时，这种分裂产生了这两种相互作用的载体——光子和W和Z两种玻色子，

这次相变发生在宇宙寿命甚至还不到1s的时候，而自从这个事件之后，一切都变得十分稳定——不再有分裂、不再有相变，四种相互作用成就了宇宙长达数十亿年的演化。

所有的一切看起来都十分稳定。

宇宙失稳

宇宙的稳定性很难衡量，像相变如此有趣的事情已经发生了超过130亿年，130亿年的时间十分漫长，但在量子场的世界里，任何事情都有可能发生。

希格斯玻粒子图片（图片来源：MIT科技评论）

我们探索宇宙稳定性的最好办法是通过希格斯玻色子的质量。希格斯玻色子是一个非常有意思的领域，它不仅是电磁力和弱相互作用分离的原因，也是现在的四种相互作用的状态得以维持的原因，如果没有希格斯玻色子，这四种相互作用力就会重新融合在一起。

在量子物理学中，一个实体的质量越大，它就越不稳定。例如，质量较大的粒子会迅速衰变成较轻的粒子。所以，假如希格斯粒子质量巨大，则其稳定性较弱，这或许终将使其衰变成其它物质；但假如希格斯粒子足够轻，它很可能会永远游离于宇宙之中，而宇宙中的量子场也毫无疑问会一直存在下去。

科学家在对希格斯粒子进行测量的过程中发现，它的质量使宇宙介于“真实的、绝对的稳定状态”和“哦，不，它看起来有点不稳定”的体系之间。物理学家称这种状态为“亚稳态”——目前情况很稳定，但如果出了问题，有可能会急剧恶化。

寻找稳定的宇宙

宇宙中量子场明显的亚稳态令人惴惴不安。虽然相关研究表明宇宙可以持续数十亿年甚至数万亿年，没有任何问题，但存在着宇宙已经开始转变的可能，只需要在宇宙的某个随机区域稍微偏向一个错误的方向，就有可能发生希格斯粒子解体，而潜在的量子场找到了一个新的且更稳定的结构，而该区域的“新”宇宙随即会以接近光速的速度向外传播，穿过整个“旧”宇宙。

这种相变被称为“假真空衰变”，这种理论认为我们所生存的宇宙是真空这一观点是“错误的”——因为它并不像我们看上去那么稳定，它有一天会衰变成新的东西。

当我们收到任何关于相变的信息时，它就已经在发生了。