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宇宙如何在5秒内毁灭自己?

2024-01-12科学

长期以来,科学家一直在寻找我们的宇宙消亡的方式,他们对这是如何发生的有几个猜测。

其中一个特别奇怪,因为在这种情况下,罪魁祸首是「空」。

粒子是如何凭空出现,又凭空消失的?

是什么让虚空不是真正的空?真空如何能在一瞬间,终结我们所知的一切?

时不时地,科学家们会发现可能导致宇宙毁灭的新情况。

比如宇宙的大冻结、大撕裂,甚至大坦缩,它也可能以量子真空衰变而告终,就像沸水冷却后变成气体或固体一样。

宇宙中的一切都有它的状态和转变阶段,而宇宙的稳定,或者说量子真空的稳定,将我们的世界联系在一起了。

你能想到的最微小的东西是什么?原子吗?

你用肉眼无法看到,这是否意味着原子大部分是空的。任何物质都是由原子组成的,所以这是否意味着一切都是空的?

事实并非如此,我们只是习惯了,从更大的视野来看这个世界。

当我们需要知道某物有多大时,我们只需要测量它,即使不同的测量方法也会得到相同的计算结果。

但对于最小的物体,比如单个原子,这些测量方法就行不通了,这是因为根据量子场理论,我们生活在一个量子宇宙中,粒子无法用传统的物理来解释。

在传统物理学中,物体既可以表现为粒子,也可以表现为波。

然而,在量子力学中,粒子是两者的奇怪组合,它们的确切位置或速度根本无法精确预测。 这就是所谓的测不准原理

现在有一个很大的误解,物理学中的主要对象是粒子。事实上,它是场——宇宙的基本组成部分。

夸克、轻子和玻色子,都是基本粒子,它们构成了宇宙中的一切,每个基本粒子都有自己的场。

世界上的物质是由夸克和轻子组成,而玻色子则是由胶子、引力子、Z玻色子和光子构成的力场组成。

即使有些东西看起来是空的,它也不是没有能量。量子涨落、希格斯场会一直存在,正因为如此,这些空的也有质量和能量。

所以,空不是指空的东西,而是指能量最小的东西。

要想理解它们是如何运作的,需要重新思考能量的概念。

每个粒子都包含量子能量,不同能级的量子能量。

没有能量也就意味着没有粒子,或者真空状态。

然而,在现实中,我们不可能拥有零能量,总有少量的能量,以温和的量子场振动的形式存在。

有时,由于这些振动,即使是最轻微的能量输出也能形成粒子,只不过这些粒子,只以粒子和反粒子对的形式形成,它们很快就会彼此湮灭并消失。

为什么会这样呢?

世界上的一切都达到了基态,原子结合形成分子,降低了系统的整体能量,甚至物理物体也会失去它们的势能。

就好比一个球在山顶上有很多势能,一旦它从山上下来,它就失去了这些势能。

类似的事情也发生在粒子上,当它们释放能量时,它们会在真空状态下冻结。

物理学家认为真空有两种类型:真正的真空,是一种稳定的、能量最低的状态;假的真空只是假装是真空,仍有大量的能量。

一些科学家认为,我们可能就生活在这样一个宇宙中,他们称之为宇宙恒稳态理论。

但也意味着它很容易失去平衡,这一切都是因为一种特别有趣的粒子—— 希格斯玻色子,或称之为上帝粒子。

科学家们长期以来一直试图发现和研究它,一旦他们证明了希格斯玻色子的存在,也能发现了它的奇怪性质。

由于这种粒子的质量,有可能上帝粒子还没有达到真空状态,并且相当稳定。

这一点非常重要,只要产生粒子的量子场处于真空状态,宇宙就是稳定的。

因为真空状态,不能失去比它已经失去的能量更多的能量了。

希格斯玻色子和它的希格斯场,使物质具有质量,这对粒子相互作用的方式至关重要。

所以,如果希格斯玻色子处于假真空状态,然后它以某种方式转变为真真空状态,整个世界和所有现代物理学都会改变。

科学家们认为,这种粒子被困在一个特定的能量水平上,所以它只是看起来稳定,仍然可能失去大量的能量。

希格斯玻色子是我们宇宙中的所有物质的基础,生活在这样的宇宙中会带来某些威胁。

比如, 如果希格斯玻色子出了什么问题,宇宙可能会自我毁灭。

这会发生两种可能: 第一个是创造一个强大的能量事件;第二个是量子隧道效应。

科学家们认为,由于随机量子涨落,粒子可以在不克服能量势垒的情况下,穿过能量势垒,就像无线电波可以穿透墙壁一样。

如果科学家对宇宙恒稳态理论的看法是正确的,希格斯场就会下降到真正的真空状态,并导致真空衰变。

这会发生什么情况呢?

事实上,只要有一个希格斯玻色子达到真正的真空状态,所有其他的希格斯玻色子也会步其后尘,类似于多米诺骨牌效应。

这会产生一个巨大的真空衰变气泡,然后以光速向四面八方膨胀。

当它穿过空间时,会把沿途遇到的一切都吞噬,所有物质和力都会改变原有的存在形式,物质的基本结构也会发生显著的变化。

尽管这个气泡的壁可能携带着巨大的能量,会燃烧人体的组织和骨骼,但不会有痛苦,人们甚至看不到它的到来,就瞬间消失了。

行星和恒星会被吞噬,整个星系会漂移开来,原子将无法再把自己凝聚在一起。

届时,无论宇宙以什么形式出现,它都不会像我们曾经生活过的地方。

如果这一事件发生在宇宙遥远的角落,它可能永远不会到达我们这里。

因为宇宙也在膨胀,在宇宙尺度上,光的速度其实并不快。

这种现象是无法预见的,即使还没有发生,也随时可能发生。

现在我们仍不知道,希格斯玻色子是否会下降到真正的真空中。

斯蒂芬·霍金认为,上帝粒子的能级可以通过实验来影响,但这很难做到,需要大约10万兆电子伏特的恐怖电能量。

相比之下,目前大型强子对撞机产生碰撞的能量才13万亿电子伏特。

因此,为了让希格斯玻色子失去平衡,我们可能需要一个与地球大小相当的大型强子对撞机。

到目前为止,这一切都是谜。

我们不知道也不能理解,生活在一个以新物理为基础的世界里,会是什么样子。

不知道那里会有什么粒子?它们会如何相互作用?化学物质会如何反应?

甚至不知道生命是否还能存在?