北京時間 12 月 10 日消息，據(jù)國外媒體報道，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 秒的時候，從那時起，宇宙就一直很穩(wěn)定。
但是，宇宙可能不會永遠這么持續(xù)下去。
一個分裂的宇宙
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。當你把水燒開時，水就從液體轉(zhuǎn)變成為氣體；當你把水冷卻下來時，它又會變成一大塊冰。這些過程就是相變。
也許最奇特的相變發(fā)生在量子場中。量子場是宇宙的基本組成部分，每一種粒子 —— 如光子或電子 —— 實際上只是一個基礎(chǔ)場的局部表現(xiàn)形式。這些場占據(jù)了所有的空間和時間，就像蘸了橄欖油的面包。正是這些場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特征。
這種存在基于 4 種基本力：引力、弱核力、電磁力和強核力。但情況并非一直如此。在宇宙最初的時刻，這些力是統(tǒng)一的。隨著宇宙的膨脹和冷卻，量子場經(jīng)歷了相變，開始一個接一個地分裂。
最終的相變發(fā)生在電磁力從弱核力分裂之時。這種分裂產(chǎn)生了光子和 W 及 Z 玻色子。在物理學中，W 及 Z 玻色子時負責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。
其實不太穩(wěn)定
宇宙的穩(wěn)定性很難測量。當然，像相變這樣有趣的過程已經(jīng)發(fā)生了超過 130 億年的時間。的確，130 億年是很長的一段時間，但在量子場的世界里，任何事情都可能發(fā)生。
探測宇宙穩(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。
在量子物理學中，一個實體的質(zhì)量越大，它就越不穩(wěn)定。例如，大質(zhì)量粒子會迅速衰變?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，在一段時間之后，它可能會衰變?yōu)閯e的東西。但如果希格斯玻色子的質(zhì)量足夠小，它可能就會永遠存在，宇宙量子場的未來可能就沒有多少變化了。
對希格斯粒子的測量發(fā)現(xiàn)，其質(zhì)量會使宇宙處于“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，就會迅速變化。
尋找穩(wěn)定性
宇宙量子場的亞穩(wěn)態(tài)有些令人不安。當然，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。只需宇宙的某個隨機區(qū)域朝錯誤的方向“輕輕一晃”，希格斯玻色子就會分崩離析，而底層的量子場就會找到一個新的、更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)?！靶隆庇钪娴膮^(qū)域會以接近光速的速度向外傳播，直接穿過“舊”宇宙。這種相變被科學家稱為“假真空衰變”。在量子場論中，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)，即準穩(wěn)態(tài)。假真空可在準穩(wěn)態(tài)保持很長時間的穩(wěn)定，但最終還是會衰變到更穩(wěn)定的狀態(tài)中，即所謂的“假真空衰變”。
當我們接收到任何關(guān)于這種相變的信息時，該過程其實已經(jīng)發(fā)生了。新宇宙的另一邊會是什么？這很難說。一切可能完全平淡無奇，新的量子場看起來就與舊的量子場一模一樣，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)，或者對中微子質(zhì)量的微調(diào)?；蛘?，新的量子場可能完全不同，形成一個充滿全新的力、場和粒子的宇宙 —— 這將使我們所知的生命（以及相關(guān)的化學和原子學）都不可能存在。
當然，我們目前還不能百分之百確定亞穩(wěn)態(tài)的標準。我們也知道，粒子物理學的標準模型是不完整的。對宇宙亞穩(wěn)態(tài)的完整認識可能會改寫我們對量子場的理解，并幫助我們最終界定“穩(wěn)定-不穩(wěn)定”的界線。
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