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徹底毀滅全宇宙的最高效方法:假真空


徹底毀滅全宇宙的最高效方法:假真空



假如我們的宇宙有一枚自我毀滅按鈕,能把自身徹底毀掉,使萬物不復存在、使生命永遠消失。這是終極生態災難——真空衰變(vacuum decay)。為解釋宇宙如何能自我毀滅,我們先要了解兩個原則。

第一,能級。這是物理學中的一個核心思想:萬物都有一個能級。能級越高,則體系中的能量就越多。例如,木頭擁有一個較高的能級。它可以燃燒,這一過程能釋放出存儲在其化學鍵中的化學能,並將之轉變成熱量。餘下的灰燼所處的能級就低於原先的木。


第二,穩定態。宇宙萬物皆傾向於基態發展,基態就是完全穩定的狀態,有著所能及的最低能量。例如,一個在山上的小球是不穩定的,因為它有很大的勢能。當受到擾動時,它會滾入山谷,在這個過程中就會失去勢能。這個小球現在就處於基態,並且很穩定。它將會保持這個狀態。



徹底毀滅全宇宙的最高效方法:假真空


宇宙萬物皆遵循這兩個原則。如果某物質擁有很多能量,它是不穩的,會傾向於擺脫不穩定的狀態來變得穩定,並達到其基態。這放之四海而皆準,即便是奇異的量子力學世界。如果我們當前對物理學的理解是正確的話,那麼,量子世界決定了萬物的性質。量子力學告訴粒子如何行為與相互作用。


就像宇宙中的萬物一樣,量子也傾向於盡可能的最低能級,這被稱為真空狀態。這與空間中的真空無關,它之所以這樣叫,是因為科學家不大擅長命名東西。然後,我們就會說量子場達到它們的真空狀態,但有個可能除外。


希格斯場有可能不處於穩定態,而是亞穩態,是一種假想穩定但實際不是的狀態。這是一個假真空。希格斯場賦予了粒子的質量,這規定了幾乎宇宙萬物的相互作用。如果希格斯場是一個假真空會怎樣?



徹底毀滅全宇宙的最高效方法:假真空


希格斯場


再想想那個在山谷中的小球,這個小球就是希格斯場。山谷可能不是希格斯場的最低能量狀態,可能還有一個更深的山谷等著小球落下。這將意味著希格斯場擁有很大的勢能,等待被釋放。希格斯場就像一塊木頭,但浸泡在汽油中,等待點燃宇宙。諸如量子隧穿效應等隨機的火花,可釋放希格斯場的勢能。


這可能發生在任何時候,並且毫無徵兆。如果在空間中的任意一點,這種所謂的真空衰變開始,將沒有回頭。隨著希格斯場進入到低能量狀態,它將釋放出大量的勢能。這種能量使周圍的空間越過能壘,釋放出更多的勢能。一個新的穩定希格斯場球體,或者真真空,會以光速超朝著各個方向生長。


想像一下,把宇宙大小的天量汽油點燃。這個被能量包圍的球體,將吞噬它所接觸的一切。它所觸及之處,皆化為烏有。這個泡泡將會永遠地持續增長,消除在它增長路上的宇宙。


而這無法預警,因為它太快了,但我們卻無可奈何。我們的毀滅將會是一瞬間的,轉瞬之間,地球也將消失。但實際上還會變得更糟,如果希格斯場的能級改變,物理學將全都被改變。在這種真真空的球體中,標準模型將被推翻,被我們所不知的其他物理學取代——我們將不知道基本粒子的行為、原子如何結合在一起、化學物質如何反應。真空衰變不只是毀滅生命,它也會毀滅化學本身,使我們所知的生命不可能存在。


徹底毀滅全宇宙的最高效方法:假真空



我們根本不知道裡面會是怎樣的,它或許是現在的影子,又或許不是。我們不得而知。如果發生真空衰變,前景確實是令人沮喪。如果你現在感到有點擔心,其實不必。就當前而言,假真空只是基於對目前粒子物理學的理解而做出的推測,而我們對物理學的理解可能是錯誤的。這就好比用一把尺子去測量大陸。當然,你可以做到,但最終的結果可能偏差會很大。


現在,沒有人清楚真空衰變是真的事實,還只是一個可怕的想法。但是,即使是一個或多個死亡球體已經開始膨脹,不過,宇宙浩瀚無際,它們可能要在數十億年之後才會到達我們這裡。如果它們距離足夠遠,那它們可能永遠也無法觸及我們,這是由於宇宙膨脹的緣故。光速在宇宙尺度上並不算快。

因此,儘管真空衰變是令人懼怕的。但現在,還有其他事情我們更應該擔心。與真空衰變相反,我們有能力為其中的大多數做準備。


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