宇宙可能存在的三種結局,科學家:真空衰變最可怕,以光速蔓延

天空之城 2022/10/08 檢舉 我要評論

萬物都有始有終, 宇宙在奇點爆炸中誕生,也有一天會走向毀滅。

只不過宇宙對于人類來說過于波瀾壯闊,我們實在很難想象這樣的宇宙會通過什麼樣的方式消逝,一些科學家提出了相應的理論,認為宇宙的結局要麼坍縮要麼熱寂,亦或是在真空衰變中走向終結。

宇宙熱寂論認為,伴隨著宇宙中高溫不斷向低溫轉移,最終宇宙中的熱量會達到完美的平衡,不再有溫差出現,處于熵增的極限。

這時的宇宙不再有新的恒星誕生,空間也不再擴張。恒星接二連三的毀滅,留下的中子星和白矮星也會在時間中逐漸熄滅,就連宇宙中的幽靈 「黑洞」也會因霍金輻射緩慢蒸發,直至完全消失。

熱鬧和閃耀的宇宙已經成為了過去,這里現在單調而平靜,沒有恒星發出的光也沒有熱量,只有漫天且永恒的黑暗。

這樣的宇宙結局過于讓人絕望, 坍縮論似乎更易讓人接受些。

我們都知道,宇宙起源于138億年前的奇點爆炸,之后依靠爆炸的能量不斷向外擴張,以抵抗自身的引力,宇宙就像一個緩緩被吹大的氣球,其中的能量就是氣球變大的動力,不過與氣球不同的是,宇宙自身具有向內的萬有引力。

隨著能量的消耗,終有一天向外的擴張力會無法抵抗向內的萬有引力,最終引發大擠壓,使宇宙坍縮回奇點。

相較于前兩種終結方式,科學家現在更關注真空衰變。

因為無論是熱寂或坍縮,至少都還有百億年的時間才會發生,然而真空可能隨時都會發生,甚至有些科學家認為, 宇宙的部分區域已經開始了衰變解體的過程。

宇宙在爆炸中誕生,誕生之初它經歷了一系列激烈的相變,我們都知道,宇宙有四大基本作用力: 引力,電磁力,強互作用力和弱互作用力,愛因斯坦用他的整個后半生試圖把這四種力整合到一個模型中,最后并沒有成功。

其實這四種力在宇宙誕生之初,是統一在一起的力,科學家們無法想象也無法描繪出這種宇宙終極作用力究竟是什麼樣子,不過他們知道,這種力的存在時間并不長。

隨著宇宙逐漸膨脹冷卻,引力首先從統一的力中分離了出來,強互作用力緊隨其后,另外兩種力也慢慢各自獨立,科學家在現在的粒子加速器中可以通過粒子的碰撞,模擬出早期宇宙的環境。

在這種極高的能量下,甚至可以將電磁力和弱互作用力合二為一,或是還原它們的分離過程。

四大作用力分離之后,宇宙穩定而緩慢的發展,先后形成了原子核與原子,最后原子又結合形成分子,之后恒星誕生再毀滅,周而復始。和宇宙最初的幾微妙相比,宇宙之后的138億年竟顯得有些枯燥無味。

不過宇宙的穩定似乎只是一種假象,最初宇宙的每次「相變」都抹去原有的秩序,建立新的作用力和出現新的粒子,取代原有一切,我們不能肯定這種事不會再次發生,因為科學家發現, 真空其實并不穩定。

真空并非真的空無一物。在物理學的定義中,只要壓強遠小于105帕的氣態空間都可以稱為真空,真的沒有任何物質的空間在宇宙中是不存在的,即便把實體都去掉,空間中依然又電磁波和光子等非物質粒子,把它們也去除后,空間仍殘余著某些能量,我們稱之為「真空能」。

要理解宇宙的穩定性,就要了解「相變」的含義:相變是指物體經歷迅速而劇烈的轉變。比如水從液體變成氣體,或是凝結成冰晶,這些過程就是相變, 宇宙的最后一次相變在電磁力從弱核力分裂的時候。

探測宇宙穩定性最好的方法就是判斷希格斯玻色子的質量,希格斯玻色子的質量之源是電子核夸克形成的基礎,也就是說其他粒子在希格斯玻色子場形成慣性,然后才能具有質量,構筑大千世界,希格斯玻色子無處不在。

量子物理學認為,一個粒子的質量越大,它就越不穩定,因為大質量粒子容易衰變成氫粒子,所以如果希格斯玻色子的質量很小,它存在的時間就會很長,反之就會衰變成其他物質。

科學家觀察到,現在希格斯玻色子處于穩定與不穩定之間,即「亞穩態,「 它現在是穩定的,不過一旦某些情況發生了變化,它就會快速地衰變,引起宇宙的相變。

相變一旦開始,就會以光速向周圍擴張,而相變過的區域物理學規律截然不同,那里已經不是我們了解的宇宙了,而世界和人類的存在都依賴于穩定的自然規律,這個原則被打破后,一切都會消失。

這種災難不同于小行星撞地球或是太陽熄滅,因為前兩者都可以乘坐宇宙飛船逃到其他星系 ,而真空衰變無處可逃。

不過這樣的理論是建立在宇宙基本結構是粒子的基礎上,假如宇宙的基本結構是一個個更微小顫動著的弦,一切都會截然不同。

在新研究中,研究人員認為在弦理論下,可以利用非局部效應把宇宙的相變消滅在萌芽狀態,避免之后無法控制的擴張, 非局部效應它聽起來有點像量子糾纏,指的是時空的某處弦,可以即時的影響其他的弦,不管它們相距有多遠。

在弦理論下,一旦時空中出現相變泡,非局部效應就會使泡的邊緣趨于光滑,導致泡在微觀尺度上破裂消散。

也就是說即便宇宙中的某處突然開始了相變,弦理論的這種效應也會阻止它威脅全宇宙,不過即便真的開始了相變,而弦理論又是錯誤的,我們也不用擔心。

因為宇宙是如此之大,只要我們足夠遠, 可能等人類滅絕了,衰變也沒有到達太陽系。

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