希格斯波色子讓我們免於塌縮

宇宙是會永遠膨脹下去，還是會最終塌縮成一個點？發表於今年六月的一篇論文基於一個主流物理學理論得出推論——無限的膨脹是不可能的。這個推論在物理學界掀起了軒然大波。

維也納理工大學物理學家Timm Wrase表示，「人們對此抱以了極大的熱情，因為如果這個推論成立，並在觀測中得到證實，那麼將非同尋常。」

但是現在，Wrase和他的同事們發表了一個獨立研究成果，指出了前述結論中的一個巨大漏洞，這意味著我們尚不能排除宇宙會永遠膨脹下去的可能。

我們的宇宙充斥著一種巨大的看不見的與引力相反的力量。物理學家稱之為暗能量，宇宙被認為在它的推動下持續地向外擴張著。

但是今年六月一些物理學家在預印本期刊arXiv上發布了一篇論文，宣稱暗能量會隨時間而變化。這意味著宇宙不會永遠膨脹下去，而是會最終塌縮回宇宙大爆炸發生前的大小。

幾乎立即，物理學家們發現了這個理論中的問題：多個獨立的科研小組相繼發表論文，對前述推論加以修正。現在，一篇發表在10月2日《物理學評論》D卷上的論文表明，這個推論是錯誤的，因為它不能解釋希格斯波色子的存在——而希格斯波色子已被位於法國和瑞士邊界處的大型強子對撞機證明存在。

即便我們不能在理論上完全排除宇宙塌縮的可能。

弦理論，有時候被稱作萬物理論，是一個試圖將愛因斯坦廣義相對論和量子力學統一起來的數學框架，優雅但尚未接受檢驗。弦理論認為，形成宇宙的所有基本粒子都不是點狀的，而是一條條顫動著的一維弦——弦顫動的不同方式，反映到我們眼中，就成了不同的粒子，如光子，電子等。

試圖用弦理論來解釋宇宙，那麼它必須成功地解釋暗能量。

想像暗能量是一個球。如果球位於山頂，那麼它即便保持靜止，但只要稍有觸動，就會滾落到谷底，因此它是不穩定的。這就是所謂的「不穩定宇宙」。而如果球位於谷底，那麼它既不變化，也不運動，其擁有的能量值位於最低點。我們可以視其位於一個穩定的宇宙中，因為即使用力推動，它仍然會滾落到谷底。

弦理論一直認為，宇宙中的暗能量是恆定的，是不會變化的。也就是說，它就好像位於兩個山峰間的山谷里，不會從山頂滾落，也不會隨時間而變化。

但今年六月發表的那個推論中，卻將弦理論中的這一情形給排除了，認為這樣的山峰或山谷並不存在。（在其概念中，我們的宇宙位於海平面之上，而暗能量則在某個點上，拉動宇宙收縮，或推動宇宙解體。）

相反的，該推論認為暗能量之球只會一直沿著山坡向下滾動。與球的高度相對應的，是我們宇宙的暗能量值。因此在此過程中，暗能量會變得越來越小。當球到達海平面以下後，暗能量便會拉動宇宙收縮，回到大爆炸前的形態。

而這裡存在一個問題，Wrase表示。

「但是事實上我們已經知道，那種不穩定的山峰是存在的，」他說。因為我們知道存在希格斯波色子。我們也已經通過實驗，證明了存在那種位於峰頂之上，也就是存在於所謂「不穩定宇宙」中的希格斯波色子。且它們皆可因極小的觸及而被擾動。

哈佛大學的弦理論學家Cumrun Vafa是六月推論的主要作者，他表示，他們的原始推論在描述「不穩定的宇宙」方面的確遇到了困難。而Wrase等人的論文把這種困難展現了出來。但同時他又表示，已有多篇論文對原始推論進行了修正。

然而即便是在修改過的推論中，「我們也無法生活在一個穩定的宇宙中，一切都會發生改變，」Wrase說。修訂版的推論認為，山峰可能存在，但穩定的山谷卻不存在，他說。（想像一下馬鞍）球最終會開始滾動，暗能量會隨時間發生變化，他補充道。但「如果推論完全錯誤，暗能量就會是恆定的，我們會位於兩座山峰間的山谷底部，」而宇宙也將持續膨脹下去。

Wrase希望10至15年內，探測器能夠給我們提供與宇宙膨脹有關的更為精確的數據，幫助我們搞清暗能量究竟是恆定的，還是變化的。

而Vafa則表示，「未來幾年對於宇宙學來說是令人激動的，也是充滿希望的，我們將會通過實驗證據看到，我們宇宙的暗能量是在變化著的。」

[參閱] https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.98.086004

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