【最新研究】真空衰變將以光速毀滅宇宙,唯一的希望在弦理論?

天空之城 2022/10/05 檢舉 我要評論

真空衰變是現實中可能真實存在的降維打擊。物理學家認為我們的宇宙有可能是不穩定的,真空隨時會衰變為更穩定的狀態,改變整個宇宙的物理學規律。我們以及我們所知的一切將在瞬間化為烏有。但最近一些科學家在弦理論的基礎上進行推導,發現我們似乎還有一線生機。

主流理論認為,我們的宇宙源自「宇宙大爆炸」。而宇宙在誕生之初,經歷過一系列劇烈的「相變」。

理論上,宇宙的四大基本作用力:引力、電磁力、強互作用力、弱互作用力,起初是統一在一起的,是一種力。物理學家對這種宇宙終極作用力的特征一無所知,但他們知道,它存在的時間不長。

隨著宇宙膨脹冷卻,引力首先從這種終極作用力中分離了出來,隨后強互作用力也分離了出來,最后另外兩種力也各自獨立。以人類目前的技術能力,最后兩種力的分離甚至是可以還原的。在強大的粒子加速器里,物理學家可以模擬早期宇宙的環境,并用極高的能量,將電磁力和弱互作用力合二為一。

四大基本作用力分離之后,宇宙開始趨于穩定。基本作用力各司其職,基本粒子形成了原子核、原子和分子。然后,恒星出現,行星又從恒星的灰燼中誕生。宇宙138億年的歷史,與宇宙的最初幾微秒相比顯得平淡無奇。

但是宇宙的穩定可能是一種因為它的漫長而產生的假象。嬰兒宇宙發生的每一次「相變」都徹底改變了現實的本質:舊的秩序被徹底抹去,新的作用力和新的粒子出現,取代了原有的一切。這樣的事還會再次發生嗎?

擔憂不無道理,因為科學家發現,我們宇宙的真空其實是不穩定的。

真空是否穩定,與希格斯·玻色子的質量有關。如果真空是穩定的,那麼希格斯·玻色子的質量應該是零。但是不幸的是,希格斯·玻色子有質量,雖然很小,但是有質量。

希格斯·玻色子是一個偉大的發現。它滲透在時空的每一個角落,卻扮演著極其重要的角色。正是它的存在,使許多基本粒子有了質量。它還區分了電磁力和弱互作用力。在熾熱致密的宇宙最初時刻,希格斯·玻色子站在幕后;而當宇宙冷卻下來后,它開始獲得力量并將電磁力和弱互作用力一分為二。

但是常識告訴我們,宇宙應該是穩定的。如果要發生「相變」,很早以前就應該已經發生了。然而希格斯·玻色子的質量,是一個盤旋在我們頭頂的幽靈,它意味著宇宙的穩定可能只是一種「亞穩態」,真空隨時都會因為某種誘因而觸發新的「相變」,向更穩定的狀態衰變。

把這種「相變」稱為災難甚至都是輕描淡寫。它可以被隨機點上發生的隨機量子波動觸發。而「相變」一旦開始,就會像氣泡一樣以光速擴張。氣泡外還是我們熟悉的宇宙;而氣泡內,物理學規律已經截然不同了。

我們所知的這個世界包括我們自己的存在,都有賴于自然規律的穩定。所以這個基本的約定一旦被打破,一切都會在瞬間消失。

這當然是一種帶有高度假想性的推測。對于現實的本質,我們目前所掌握的知識依然是欠缺的。盡管我們可以聲稱知道了電磁力和弱互作用力融合的原理,但是我們依然不知道,強互作用力是如何和其他作用力融合在一起的。而想要得到一個把引力統一在內的量子學說,依然是一個夢。

不過理論物理學家的思想風暴并不設限。以量子理論為基礎演繹出來的「弦理論」是一個很好的暢想工具。盡管無法被證實,弦理論依舊讓很多人相信,宇宙的基本結構不是粒子,而是更加微小的,顫動著的弦。

在新研究中,研究人員根據弦理論的一個版本,認為其設想的所謂「非局部效應」,會將宇宙的「相變」消滅在萌芽狀態,進而可以讓我們免于在瞬間消失。

「非局部效應」指的是時空某處的弦,能夠即時影響時空別處的弦,不管它們相距有多遠。這種效應聽起來有點像弦理論版的「量子糾纏」。

研究人員認為,一旦時空中出現「相變」泡,「非局部效應」就會傾向于使泡的邊緣光滑化,而這會導致泡在微觀尺度上破裂消散。

也就是說,假如我們的宇宙真的處于「亞穩態」且因為某種原因發生了「相變」,弦理論中的這種效應會阻止「相變」擴散到整個宇宙。

和宇宙再次發生「相變」一樣,阻止它發生的原理同樣帶有高度的假想性。不過在我們理解現實本質的艱難歷程中,這樣的頭腦風暴還是能夠讓我們獲得片刻的愜意。

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