新理論？宇宙在 “假真空衰變 “中結束？看它如何走到滅亡？

宇宙實際上並不像我們想象的那樣穩定。

哈勃太空望遠鏡的超深空視野中的一小片宇宙。（圖片來源：NASA/ESA和哈勃）

世界走向終結並非因為大爆炸，而是因為宇宙基態的量子真空衰變到達最小值。宇宙曾經歷過劇烈的相變，這種相變最終導致了自然界四種基本相互作用力以及我們今天所知道的各種粒子的出現，所有的這一切都發生在宇宙壽命不到一秒鐘的時候，而且從那以後它就一直很穩定，但它似乎不會永遠穩定下去。

宇宙的相變

要了解宇宙的穩定性，首先我們需要談談相變。相變是指物質系統在不同相之間的相互轉變，它們無時無刻不在發生。當你燒一壺開水時，它就會從液體變成氣體，而當你冷卻同樣的水，它變成了一塊冰。

最奇特的相變也許是發生在量子場上的相變。量子場是宇宙的基本構成成分，每一種粒子——比如說，光子或電子——實際上都只是一個基本場的區域性表現，場像橄欖油浸泡著麵包一樣浸透了整個時空，這些場相互作用和相互交流的方式構成了存在於我們身邊的力和物理。

我們身邊所有的存在都基於四種基本相互作用力：重力、弱相互作用、電磁力、強相互作用，但並非一直都是這個樣子的，在宇宙早期，這些力是統一的，由於宇宙向外膨脹並冷卻，量子場在相變的過程中逐個分離成不同的相互作用力。

最後一次相變發生在電磁力從弱相互作用中剝離出來時，這種分裂產生了這兩種相互作用的載體——光子和W和Z兩種玻色子，

這次相變發生在宇宙壽命甚至還不到1s的時候，而自從這個事件之後，一切都變得十分穩定——不再有分裂、不再有相變，四種相互作用成就了宇宙長達數十億年的演化。

所有的一切看起來都十分穩定。

宇宙失穩

宇宙的穩定性很難衡量，像相變如此有趣的事情已經發生了超過130億年，130億年的時間十分漫長，但在量子場的世界裡，任何事情都有可能發生。

希格斯玻粒子圖片（圖片來源：MIT科技評論）

我們探索宇宙穩定性的最好辦法是透過希格斯玻色子的質量。希格斯玻色子是一個非常有意思的領域，它不僅是電磁力和弱相互作用分離的原因，也是現在的四種相互作用的狀態得以維持的原因，如果沒有希格斯玻色子，這四種相互作用力就會重新融合在一起。

在量子物理學中，一個實體的質量越大，它就越不穩定。例如，質量較大的粒子會迅速衰變成較輕的粒子。所以，假如希格斯粒子質量巨大，則其穩定性較弱，這或許終將使其衰變成其它物質；但假如希格斯粒子足夠輕，它很可能會永遠遊離於宇宙之中，而宇宙中的量子場也毫無疑問會一直存在下去。

科學家在對希格斯粒子進行測量的過程中發現，它的質量使宇宙介於“真實的、絕對的穩定狀態”和“哦，不，它看起來有點不穩定”的體系之間。物理學家稱這種狀態為“亞穩態”——目前情況很穩定，但如果出了問題，有可能會急劇惡化。

尋找穩定的宇宙

宇宙中量子場明顯的亞穩態令人惴惴不安。雖然相關研究表明宇宙可以持續數十億年甚至數萬億年，沒有任何問題，但存在著宇宙已經開始轉變的可能，只需要在宇宙的某個隨機區域稍微偏向一個錯誤的方向，就有可能發生希格斯粒子解體，而潛在的量子場找到了一個新的且更穩定的結構，而該區域的“新”宇宙隨即會以接近光速的速度向外傳播，穿過整個“舊”宇宙。

這種相變被稱為“假真空衰變”，這種理論認為我們所生存的宇宙是真空這一觀點是“錯誤的”——因為它並不像我們看上去那麼穩定，它有一天會衰變成新的東西。

當我們收到任何關於相變的資訊時，它就已經在發生了。

在那個新宇宙的另一邊會是什麼樣呢？目前無法給出定論。或許它沒有任何改變，新的量子場和舊的量子場一模一樣；也或許它只是進行了一個輕微的調整，例如對暗能量性質或中微子質量的輕微調整；又或許，它發生了巨大的變化，變成一個充滿了全新的作用力、場和粒子的宇宙——使我們熟知的生命（還有化學和原子）無法存在。

我們目前無法百分百確定亞穩態標準，但正如我們熟知的，粒子物理學的標準模型並不完整，一個完整的標準模型有可能會顛覆我們對量子場的理解，以及“穩定-不穩定”之間的標準的確定。

BY： Paul Sutter

FY： 明裡、楊帆

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