北京時(shí)間 12 月 10 日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，宇宙可能并不像你想象的那么穩(wěn)定。世界終結(jié)的方式可能是這樣的：不是砰的一聲巨響，而是宇宙基態(tài)的量子真空衰變到它真正的最小值。
宇宙在過去經(jīng)歷了劇烈的相變。這些相變最終導(dǎo)致了自然界 4 種基本力的分化，以及我們今天所知道的所有粒子。所有這一切都發(fā)生在宇宙誕生不到 1 秒的時(shí)候，從那時(shí)起，宇宙就一直很穩(wěn)定。
但是，宇宙可能不會(huì)永遠(yuǎn)這么持續(xù)下去。
一個(gè)分裂的宇宙
要理解宇宙的穩(wěn)定性，我們首先要討論什么是相變。相變是指物質(zhì)經(jīng)歷的快速、劇烈的轉(zhuǎn)變。這是我們經(jīng)常能見到的現(xiàn)象。當(dāng)你把水燒開時(shí)，水就從液體轉(zhuǎn)變成為氣體；當(dāng)你把水冷卻下來時(shí)，它又會(huì)變成一大塊冰。這些過程就是相變。
也許最奇特的相變發(fā)生在量子場(chǎng)中。量子場(chǎng)是宇宙的基本組成部分，每一種粒子 —— 如光子或電子 —— 實(shí)際上只是一個(gè)基礎(chǔ)場(chǎng)的局部表現(xiàn)形式。這些場(chǎng)占據(jù)了所有的空間和時(shí)間，就像蘸了橄欖油的面包。正是這些場(chǎng)相互作用和交流的方式，構(gòu)成了使我們能夠存在的力和物理學(xué)特征。
這種存在基于 4 種基本力：引力、弱核力、電磁力和強(qiáng)核力。但情況并非一直如此。在宇宙最初的時(shí)刻，這些力是統(tǒng)一的。隨著宇宙的膨脹和冷卻，量子場(chǎng)經(jīng)歷了相變，開始一個(gè)接一個(gè)地分裂。
最終的相變發(fā)生在電磁力從弱核力分裂之時(shí)。這種分裂產(chǎn)生了光子和 W 及 Z 玻色子。在物理學(xué)中，W 及 Z 玻色子時(shí)負(fù)責(zé)傳遞弱核力的基本粒子。此次分裂事件發(fā)生在宇宙誕生還不到 1 秒的時(shí)候，自此之后，一切都是穩(wěn)定的 —— 不再分裂，不再相變。自然界的 4 種基本力在數(shù)十億年的時(shí)間里不斷地塑造著宇宙的演變。
目前看來，一切都很穩(wěn)定 —— 至少目前如此。
其實(shí)不太穩(wěn)定
宇宙的穩(wěn)定性很難測(cè)量。當(dāng)然，像相變這樣有趣的過程已經(jīng)發(fā)生了超過 130 億年的時(shí)間。的確，130 億年是很長的一段時(shí)間，但在量子場(chǎng)的世界里，任何事情都可能發(fā)生。
探測(cè)宇宙穩(wěn)定性的最好辦法就是通過希格斯玻色子的質(zhì)量。希格斯粒子是一個(gè)非常有趣的領(lǐng)域；其在宇宙中的存在將電磁力從弱核力中分離出來，并維持了今天的分裂狀態(tài)。如果沒有希格斯玻色子，這些力將重新融合在一起。
在量子物理學(xué)中，一個(gè)實(shí)體的質(zhì)量越大，它就越不穩(wěn)定。例如，大質(zhì)量粒子會(huì)迅速衰變?yōu)檩^輕的粒子。因此，如果希格斯粒子的質(zhì)量很大，它就不可能像看起來的那么穩(wěn)定，在一段時(shí)間之后，它可能會(huì)衰變?yōu)閯e的東西。但如果希格斯玻色子的質(zhì)量足夠小，它可能就會(huì)永遠(yuǎn)存在，宇宙量子場(chǎng)的未來可能就沒有多少變化了。
對(duì)希格斯粒子的測(cè)量發(fā)現(xiàn)，其質(zhì)量會(huì)使宇宙處于“真正穩(wěn)定”和“看起來不是很穩(wěn)定”之間。物理學(xué)家稱這種狀態(tài)為“亞穩(wěn)態(tài)”，即這種狀態(tài)目前看來是穩(wěn)定的，但一旦出現(xiàn)問題，就會(huì)迅速變化。
尋找穩(wěn)定性
宇宙量子場(chǎng)的亞穩(wěn)態(tài)有些令人不安。當(dāng)然，宇宙可能依然可以持續(xù)數(shù)十億年，甚至數(shù)萬億年，沒有任何問題；但另一方面，這也可能意味著宇宙已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變。只需宇宙的某個(gè)隨機(jī)區(qū)域朝錯(cuò)誤的方向“輕輕一晃”，希格斯玻色子就會(huì)分崩離析，而底層的量子場(chǎng)就會(huì)找到一個(gè)新的、更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。“新”宇宙的區(qū)域會(huì)以接近光速的速度向外傳播，直接穿過“舊”宇宙。這種相變被科學(xué)家稱為“假真空衰變”。在量子場(chǎng)論中，假真空是一種理論狀態(tài)，指的是真空態(tài)處于穩(wěn)態(tài)，但并不處于系統(tǒng)最小能量狀態(tài)，即準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。假真空可在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)保持很長時(shí)間的穩(wěn)定，但最終還是會(huì)衰變到更穩(wěn)定的狀態(tài)中，即所謂的“假真空衰變”。
當(dāng)我們接收到任何關(guān)于這種相變的信息時(shí)，該過程其實(shí)已經(jīng)發(fā)生了。新宇宙的另一邊會(huì)是什么？這很難說。一切可能完全平淡無奇，新的量子場(chǎng)看起來就與舊的量子場(chǎng)一模一樣，沒有任何變化。也可能只發(fā)生輕微的調(diào)整，比如暗能量的性質(zhì)發(fā)生了微調(diào)，或者對(duì)中微子質(zhì)量的微調(diào)?；蛘?，新的量子場(chǎng)可能完全不同，形成一個(gè)充滿全新的力、場(chǎng)和粒子的宇宙 —— 這將使我們所知的生命（以及相關(guān)的化學(xué)和原子學(xué)）都不可能存在。
當(dāng)然，我們目前還不能百分之百確定亞穩(wěn)態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。我們也知道，粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型是不完整的。對(duì)宇宙亞穩(wěn)態(tài)的完整認(rèn)識(shí)可能會(huì)改寫我們對(duì)量子場(chǎng)的理解，并幫助我們最終界定“穩(wěn)定-不穩(wěn)定”的界線。
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