你肯定聽過許多關於地球毀滅的故事,一顆小行星終結了恐龍時代,但以我們現有的科技水平,這種風險我們還是有機會預測到的。
如果不小心遇到一顆流浪黑洞,因為我們完全沒法預測它會出現在哪裡,所以我們是有可能在毫無知覺的情況下被毀滅,但是它更有可能先毀滅我們的周邊而被我們發現。
但如果你聽過假真空理論,那麼你就會知道,宇宙中或許真的存在一種力量,它可以在我們絲毫沒有察覺的情況下毀滅我們。
這種“力量”被稱作真空衰變,發生場景可能是一個氣泡突然出現在宇宙的某個地方,在氣泡內部,物理定律與氣泡外部完全不同。
氣泡以光速膨脹,最終佔據了整個宇宙。星系會漂移,原子將無法結合在一起,粒子相互作用的方式也會從根本上改變。
無論宇宙在這次事件後以何種形式出現,但肯定不適合人類居住。
這種事怎麼會發生呢?
要了解真空衰變,首先我們需要了解真空狀態。對我們大多數人來說,真空指的是外層空間和其它沒有物質的地方。
然而,外層空間並不是真的空無一物。相反,它包含波動的量子場,產生的粒子負責我們整個宇宙的基本物理定律。
當這個空間的能量到達臨界值時,它就處於真空狀態。無論如何,現在這些量子場仍然在做著維繫現實結構的工作。
當這些量子場被激發時,就會產生我們熟悉的17種粒子,這些只是物理學家已接收量子場能量的有趣方式。
例如,光子就是這些粒子中的一種,我們把它看作光,它也負責像x射線和微波這樣的電磁輻射,再比如夸克,夸克形成了原子中的質子和中子。
其他粒子產生不同的力,比如強核力和弱核力,這些粒子最終為我們的宇宙如何執行提供了規則。當構成這些粒子的基礎量子場處於真空狀態時,宇宙就穩定了。
根據定義,真空狀態不會失去任何能量,如果失去的話,那麼基本粒子的工作方式也會改變,這意味著我們的宇宙可能會停止現在的工作方式。
大多數的量子場似乎都處於真空狀態,所以它們是穩定的,我們是安全的。雖然測量這些東西非常非常困難,但可能有一個量子場還沒有達到它的真空狀態:希格斯場。
圖為:假設量子場的能量狀態
希格斯場和真空衰變有什麼關係?
希格斯場及其相關的希格斯玻色子可以解釋為什麼物體會有品質,或者為什麼光子沒有品質和為什麼Z玻色子有相當大的品質(相對於一個量子粒子來說)的原因。同樣,它對於基本粒子之間的相互作用也很重要。
希格斯場有可能被“卡”在一定的能量水平上。我們可以把希格斯場想象成一個滾下山的球,所有其他的場都“滾”到了山的底部,但它卻卡在山邊的一個小山谷裡,阻止它到達底部。
如果一個量子場可能擁有的最低能量被稱為真空狀態,那麼這個谷可以被認為是一個假真空,它看起來很穩定,但實際上它需要的能量比希格斯場更大。
可能導致希格斯場像這樣卡住的原因涉及到相當多的數學知識,就本文而言,只要知道一點,物理學家認為希格斯場有可能進一步的發展它的真空狀態。
而我們現在的宇宙依賴於希格斯場當前狀態下的性質。那什麼能把希格斯場推出它的“小山谷”呢?沒人知道。
但這有可能發生,因為在量子世界中有叫做量子隧道效應的現象,由於量子的行為類似於波,它們有可能穿過屏障,而不是越過它,這就像在控制希格斯場的山谷中挖隧道一樣。
真空衰變的後果
如果希格斯場打破了它的假真空,下降到它的真空狀態,那麼支配我們宇宙的物理學就會分崩離析。
當量子之間的微妙平衡被打破時,希格斯場將會以多米諾骨牌效應在整個宇宙中打破它的假真空,這種效應被稱為真空衰變。
真空衰變的氣泡將以光速擴散到整個宇宙。當它穿過時,所有的物質都將和我們現在熟悉的不一樣。
接下來會發生什麼完全是個未知數,物理定律將會徹底改變,但幾乎可以肯定的是,我們將無法生存。
甚至原子可能無法結合在一起,化學物質可能以新的、不確定的方式發生反應,還有許多我們想象不到的奇怪的事情都可能會發生。
最後
幸運的是,這個理論是基於我們目前對宇宙的理解,這是不完整的,因為我們對宇宙的探索只是冰山一角。
我們不確定希格斯場是否處於一個虛假的真空中,我們只知道它可能是。此外,希格斯場可能需要很長一段時間才能打破它的假真空,這可能比我們存在的時間要長得多。
如果真空衰變確實是宇宙終結的方式,這一事件真的發生時,我們將無法阻止它,也不會感知到它出現。