宇宙毁灭倒计时：真空衰变或将提前，剩余时间缩短99.99%
文摘
科学
2024-07-25 17:27
北京
宇宙中充满了各种量子场，其中一种量子场尤为特殊，因为它的状态注定会发生改变，并可能引发宇宙级别的灾难。最近，物理学家发现，距离这种宇宙末日的时间竟比之前认为的缩短了99.99%！
文 | 陈强
视觉设计 | 李梅
在物理学中，真空并不意味着绝对的空无一物。相反，真空代表着空间处于最低能量状态。物理学家通常将“最低能量状态”称为“基态”。宇宙空间充斥着各种量子场，当这些量子场都处于基态时，我们就认为空间处于真空状态。通常来说，处于基态的量子场的值都是零。但物理学家已经发现，有一种量子场处于基态时的值并不是零。这种量子场就是希格斯场。正是由于与希格斯场的相互作用，一些基本粒子，如电子和夸克，才获得了质量。非零的值意味着希格斯场在宇宙中无处不在，这使得希格斯场能够影响整个宇宙中所有有质量的基本粒子。然而，有一种量子效应可以让希格斯场的基态发生改变。这种效应就是量子隧穿效应，它是指在某些情况下，一个量子系统可以从一个能量状态跃迁到另一个能量更低的状态，即使它没有足够的能量跨越中间的能量势垒。对于希格斯场来说，如果存在一个更低的能量状态，那么它就有可能通过量子隧穿效应达到此状态。在建造大型强子对撞机之前，物理学家认为希格斯场当前的能量状态应该是最低的。但现在，物理学家不这么认为了。表示希格斯场能量状态的曲线一直被表述为像一个帽檐朝上的墨西哥草帽。希格斯场当前的能量状态可以想象成一个球停留在帽檐底部。对于希格斯场来说，帽檐的曲率由希格斯玻色子的质量决定。希格斯玻色子是希格斯场处于激发态时产生的一种基本粒子。2012年，物理学利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子。但要想更为准确地测量希格斯玻色子的质量，物理学家需要让希格斯玻色子与质量很大的基本粒子发生相互作用。顶夸克是已知最重的基本粒子，通过比较希格斯玻色子和顶夸克的质量，物理学家现在认为墨西哥草帽的边缘很可能再次向下倾斜。这意味着，当前的希格斯场可能并没有处于最低能量状态，而是处于一种亚稳定状态。在这种情况下，希格斯场可以通过量子隧穿效应达到那个真正的基态。这种过程就是所谓的真空衰变。如果宇宙某一区域发生了真空衰变，产生的能量就会引发周围空间也跟着发生真空衰变。这样，一个由“真正的真空”构成的泡泡就会产生出来，并在宇宙中急剧膨胀，其膨胀速度正好是光速。泡泡经过的地方，希格斯场会进入真正的基态，场的值还会随之增加，从而导致有质量的基本粒子变得更重。这些粒子会受到更强的引力，导致原子结构坍塌。如此一来，宇宙中的星系、恒星、行星以及人类等万事万物都将不复存在。更可怕的是，根据爱因斯坦的相对论，任何信息的传递速度都不可能超过光速，因此在真空衰变“袭击”之前，我们根本无法提前知道它的存在。那么，真空衰变何时会发生呢？物理学家能以不同的方法估计真空衰变的概率。其中，最直接的办法是，算出场从一个值转换到另一个值所需的不同转换。这些转换违反了能量守恒定律，但量子力学允许这种情况在短时间内发生。然后，根据每种情况违反能量守恒等规则的程度，对它们进行加权分析，最终得到真空衰变的概率。过去，物理学家得到的结果是一立方吉帕秒（1吉秒差距约为32.6亿光年）的空间，每10794年就会发生一次真空衰变。但在最近，斯洛文尼亚的一组物理学家声称，之前的结果存在一个小错误，正确的结果是每10790年就会发生一次真空衰变。也就是说，真空衰变的速率比之前认为的快了1万倍。或者，也可理解为离宇宙末日的日期比之前认为的缩短了99.99%。然而，不管怎样，这都是一个极为巨大的时间跨度。要知道，宇宙当前的年龄约为1010年。所以说，真空衰变发生的概率极低，基本上可以认为是零，因此我们不必为此担心。当然，也有人认为，这就像抽中大奖一样，或许宇宙某处在下一秒就会发生真空衰变。参考文献：
https://arxiv.org/abs/2406.05180
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