“真空衰减”如何结束宇宙

一切都必须结束,这是一个可悲的生活事实,宇宙也不例外。根据我们目前对物理学的理解,我们对可能发生的事情有一些很好的猜测。联合国

一切都必须结束,这是一个可悲的生活事实,宇宙也不例外。根据我们目前对物理学的理解,我们对可能发生的事情有一些很好的猜测。宇宙可以冷却到没有任何东西可以生存的地步,否则它可能突然崩溃了。但是,这些假设的目的都没有像真空衰减那样弯曲。

在这种令人不安的场景中,一个泡沫在宇宙中的某个地方存在。在泡沫中,物理定律与泡沫之外的情况大不相同。气泡以光速扩大,最终接管了整个宇宙。星系散开,原子无法团结在一起,颗粒相互作用的方式从根本上改变了。宇宙在此事件之后采取的任何形式肯定不会对人类热情好客。

这怎么会发生?

要了解真空衰减,首先我们需要了解真空状态。对于我们大多数人来说,真空是指外太空和其他没有物质的地方。但是,外太空并不是真正空的。取而代之的是,它包含波动的量子场,这些量子场产生了负责整个宇宙中物理基本定律的粒子。当这个空间尽可能少时,它被称为处于真空状态。不过,无论如何,这些量子场仍在做他们的工作,将现实的结构融合在一起。

我们知道,当这些量子场感到兴奋时,大约有17个粒子,这只是物理学家指的是收到能量的量子场的有趣方式。光子是一个这样的粒子的一个例子,我们将其视为光,并负责电磁辐射(例如X射线和微波炉)。也有夸克,它们成为我们原子中的质子和中子。其他颗粒产生的力是不同的力,例如强和弱的核力量,最终提供了我们宇宙如何工作的规则。当使这些粒子在真空状态下的基础量子场时,宇宙是稳定的。从定义上讲,真空状态不会失去任何能量 – 如果可以的话,那么基本粒子的工作也可以改变,这意味着我们的宇宙可以停止按照自己的方式进行工作。

大多数量子场似乎都处于真空状态,因此它们是稳定的,我们很安全。但是,测量这些东西非常非常困难,并且一个量子场尚未达到其真空状态:希格斯字段。

该图显示了假设量子场的能量状态。虚假的真空吸尘器很像被困在山坡侧面的山谷上的球。屏障可防止球一直向下滚动到其真空状态。

Wikimedia Commons

希格斯字段与真空衰减有什么关系

Higgs Field及其相关的Higgs玻色子是为何根本有质量的原因。这就是为什么光子没有质量的原因,以及为什么Z玻色子具有相当多的质量(至少对于量子粒子)。因此,对于基本粒子如何相互作用非常重要。

希格斯领域可能已经在一定水平的能量上“卡住”。可以将其视为将球从山上滚下来 – 所有其他田地都“滚动”到山的底部,但是希格斯田地可能被困在山坡侧面的一个小山谷中,从而阻止了它到达底部。如果一个场可能具有的最低能量称为真空状态,则该山谷可以被认为是虚假的真空。它似乎稳定,但实际上比希格斯球场想要的能量更多。可能导致希格斯领域被卡住的原因涉及很多数学 – 就本文而言,重要的是要知道的是,物理学家认为,希格斯领域可能需要进一步发展,然后才能达到它的真空状态。

问题是,我们的宇宙依赖于希格斯字段的当前状态。什么可以将希格斯田地从山谷中推出?这样做很可能需要大量的能量。但是,由于在称为量子隧道的量子世界中产生奇怪的效果,也可能发生这种情况。由于量子颗粒的行为像波浪一样,因此它们可以通过屏障,而不是越过它。可以将其视为穿过山谷墙壁的隧道,该山谷将希格斯田地固定在适当的位置。

Pablo Carlos Budassi通过Wikimedia Commons

真空衰减的后果

如果希格斯球场(Higgs Field)爆发出其虚假的真空,并降至其真正的真空状态,那么管理我们宇宙的物理学就会瓦解。随着量子颗粒之间的微妙平衡破裂,希格斯场将在整个宇宙中的多米诺式效应中脱离其虚假真空,称为真空衰变。真空衰减的气泡会以光速散布在整个宇宙中。当它通过时,一切 – 物质,宇宙的力量 – 都将不再像目前一样运作。后来发生的事情是一个完全未知的事物。物理定律将完全改变,几乎肯定会使我们的生存不可能。原子可能无法团结起来,化学物质可能会以新的和不确定的方式做出反应,我们无法想象的许多其他奇怪的事情可能会发生。

幸运的是,该理论基于我们当前对宇宙的理解,这是不完整的。我们不确定希格斯字段是否处于虚假真空状态,我们只知道可能是。此外,希格斯菲尔德(Higgs Field)可能需要很长时间才能摆脱其虚假真空,远远超过您,否则我将需要。而且,如果实际发生此事件,我们将无能为力阻止它。因此,如果真空衰减确实是我们生存的可能目的,那么它只是我们需要变得舒适的东西。

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