美国天文物理学家萨特(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「伪真空衰变 (False 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、塌缩,现在一些学者比较关注「伪真空衰变」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,因此更准确的说,他们描述这是宇宙的一种「相变」(又称物态变化, Phase Transition)的过程,或者说是一种更新替代的过程。
萨特是近年来很红的科学专栏作家、演说家。他擅于把难懂的物理知识,用通俗的语言讲解给社会大众,因此广受欢迎。他在新发表的这篇文章里讲解了伪真空衰变的过程。
萨特说,要了解宇宙的稳定性,先要从「相变」的概念说起,相变是指物质在外部参数(如:温度、压力、磁场等等)连续变化之下,从一种相(态)忽然变成另一种相,生活中最常见的是冰变成水和水变成蒸气。然而,除了物体的三相变化(固态、液态、气态)自然界还存在许许多多的相变现象。在量子场领域,相变的概念就更难理解一些。
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。
万有引力、弱核力(弱交互作用)、强核力(强交互作用),以及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核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他物质。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变。
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」。「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「相变」已经启动的时候,这个宇宙早就开始更新了。
「新宇宙」是什么样子呢?科学家现在不知道。有可能和现在差不多;有可能里面「暗能量」的特性有了些变化;也可能里面中微子的特性有了变化;甚至可能完全和旧宇宙不一样,有全新的其他作用力、物质场和物质粒子。没人能够预知结果。◇
大纪元 / 原文网址:https://www.epochtimes.com.tw/n369496