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美国天体物理学家萨特(Paul Sutter)近期在space.com发表的一篇文章提出了宇宙会以一种称为“真空衰变”(vacuum decay)的方式解体 , 而且宇宙有可能已经开始了其解体更新的过程 。
科学家以前提出过几种宇宙解体的可能方式 , 比如大撕裂、坍缩 , 现在一些学者比较关注“真空衰变”的方式 。 但是科学家设想这并不可怕 , 认为这种解体的过程是从宇宙中的某个点启动 , 以光速扩散开来 , 所到之处 , 不仅是所有的物质解体 , 连时间都要解体 。
到了地球这儿 , 人类根本没有任何感觉已经被解体 。 不过 , 科学家认为 , 解体并不意味着什么也没有了 , 而是同时再造新的粒子、新的宇宙 , 因此更准确地说 , 他们描述这是宇宙的一种“相位变化”(phase transition)的过程 , 或者说是一种更新替代的过程 。
萨特是近年来很活跃的科学专栏作家、演说家 。 他擅于把高端、难懂的物理知识用通俗的语言讲解给普罗大众 , 因此广受欢迎 。 他在新发表的这篇文章里讲解了“真空衰变”的过程 。
萨特说 , 要了解宇宙的稳定性 , 先要从“相位变化”的概念说起 。 在生活中 , 水烧开变成蒸汽、水冷却又结冰 , 这都是物体的“相位变化” 。 在量子场领域 , 相位变化的概念就相对难理解一些 。
科学家现在认为量子场是构成这个宇宙的基础单元 。 每个粒子 , 比如光子、电子都是一个更基础的量子场在这个空间的体现形式 。 所有的空间和时间都泡在这个场里面 , 就像面包浸泡在橄榄油里面一样 。 这些量子场之间的相互作用和沟通方式 , 构成了这个空间物质性的体现——包括人们熟悉的粒子间四种基本作用力、乃至整个物质空间的存在形式 。
、弱核力、强核力和电磁力是人们熟悉的四种基本作用力 , 可是在宇宙诞生初期 , 它们是统一的一个概念 , 随着宇宙的冷却和扩张 , 量子场出现了“相位变化” , 导致这些作用力分成四种 。 听上去很复杂?萨特说 , 这个过程在大爆炸之后不到一秒的时间内就完成 , 之后 , 宇宙进入“稳定”的状态 , 由这些作用力发展、演化出这个宇宙中的各种物质 , 经过一百多亿年 , 直到人们今天看到的这个宇宙 。
这个宇宙永远会处于这样“稳定”的状态吗?当然不会 , 萨特说 , 在量子场的世界里 , 任何事情都可能发生 。
近年来 , 科学家发现可以通过希格斯玻色子(Higgs boson)的质量探查量子场的稳定性 。 他们认为 , 玻色子的存在才使得电磁力和弱作用力分开成为两种作用力 , 也就是说如果没有希格斯玻色子 , 这两种作用力又会合并成一种作用力 。
在量子物理学上 , 一个粒子的质量越大 , 它越不稳定 。 大质量粒子容易衰变成轻粒子 。 所以 , 如果希格斯玻色子质量很大 , 它就不稳定 , 有一天它就会衰变成其它物质 。 如果希格斯玻色子质量足够小 , 它存在的时间就会很久 。
现在 , 科学家测量到希格斯玻色子的质量处于“很稳定”和“看似有些不稳定”之间 。 科学家把这称为“亚稳态”(metastable) , 意即现在是稳定的 , 但是一旦某些情况出现变化 , 它将快速衰变 。
这个测量结果就能解释物理学家在本文提出的观点:目前宇宙的量子场可能会再稳定几百亿年 , 但是也可能已经开始在经历相位的变化 。 怎样的变化呢?
萨特说:“只要在宇宙任何地方出现某种细微的搅动 , 希格斯玻色子就开始衰变 , 于是基础的量子场将自动形成一种新的、更稳定的结构 。 这个‘更新’后的空间将以光速在宇宙中扩展 , 所到之处 , 替换掉所有旧的宇宙空间 。 ”
科学家给这个过程起的全名叫做“伪真空衰变”(false vacuum decay) 。 “伪”的意思是说这个宇宙不是“真的”真空 , 真的真空应该很稳定 , 而伪真空则有一天突然就可能出现衰变、更新 。
萨特说 , 等到科学家探测到确凿证据说明“相位变化”已经启动的时候 , 这个宇宙早就开始更新了 。
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