長期以來,科學家一直在尋找我們的宇宙消亡的方式,他們對這是如何發生的有幾個猜測。
其中一個特別奇怪,因為在這種情況下,罪魁禍首是「空」。
粒子是如何憑空出現,又憑空消失的?
是什麽讓虛空不是真正的空?真空如何能在一瞬間,終結我們所知的一切?
時不時地,科學家們會發現可能導致宇宙淪陷的新情況。
比如宇宙的大凍結、大撕裂,甚至大坦縮,它也可能以量子真空衰變而告終,就像沸水冷卻後變成氣體或固體一樣。
宇宙中的一切都有它的狀態和轉變階段,而宇宙的穩定,或者說量子真空的穩定,將我們的世界聯系在一起了。
你能想到的最微小的東西是什麽?原子嗎?
你用肉眼無法看到,這是否意味著原子大部份是空的。任何物質都是由原子組成的,所以這是否意味著一切都是空的?
事實並非如此,我們只是習慣了,從更大的視野來看這個世界。
當我們需要知道某物有多大時,我們只需要測量它,即使不同的測量方法也會得到相同的計算結果。
但對於最小的物體,比如單個原子,這些測量方法就行不通了,這是因為根據量子場理論,我們生活在一個量子宇宙中,粒子無法用傳統的物理來解釋。
在傳統物理學中,物體既可以表現為粒子,也可以表現為波。
然而,在量子力學中,粒子是兩者的奇怪組合,它們的確切位置或速度根本無法精確預測。 這就是所謂的測不準原理 。
現在有一個很大的誤解,物理學中的主要物件是粒子。事實上,它是場——宇宙的基本組成部份。
誇克、輕子和玻色子,都是基本粒子,它們構成了宇宙中的一切,每個基本粒子都有自己的場。
世界上的物質是由誇克和輕子組成,而玻色子則是由膠子、重力子、Z玻色子和光子構成的力場組成。
即使有些東西看起來是空的,它也不是沒有能量。量子漲落、希格斯場會一直存在,正因為如此,這些空的也有質素和能量。
所以,空不是指空的東西,而是指能量最小的東西。
要想理解它們是如何運作的,需要重新思考能量的概念。
每個粒子都包含量子能量,不同能階的量子能量。
沒有能量也就意味著沒有粒子,或者真空狀態。
然而,在現實中,我們不可能擁有零能量,總有少量的能量,以溫和的量子場振動的形式存在。
有時,由於這些振動,即使是最輕微的能量輸出也能形成粒子,只不過這些粒子,只以粒子和反粒子對的形式形成,它們很快就會彼此湮滅並消失。
為什麽會這樣呢?
世界上的一切都達到了基態,原子結合形成分子,降低了系統的整體能量,甚至物理物體也會失去它們的勢能。
就好比一個球在山頂上有很多勢能,一旦它從山上下來,它就失去了這些勢能。
類似的事情也發生在粒子上,當它們釋放能量時,它們會在真空狀態下凍結。
物理學家認為真空有兩種類別:真正的真空,是一種穩定的、能量最低的狀態;假的真空只是假裝是真空,仍有大量的能量。
一些科學家認為,我們可能就生活在這樣一個宇宙中,他們稱之為宇宙恒穩態理論。
但也意味著它很容易失去平衡,這一切都是因為一種特別有趣的粒子—— 希格斯玻色子,或稱之為上帝粒子。
科學家們長期以來一直試圖發現和研究它,一旦他們證明了希格斯玻色子的存在,也能發現了它的奇怪性質。
由於這種粒子的質素,有可能上帝粒子還沒有達到真空狀態,並且相當穩定。
這一點非常重要,只要產生粒子的量子場處於真空狀態,宇宙就是穩定的。
因為真空狀態,不能失去比它已經失去的能量更多的能量了。
希格斯玻色子和它的希格斯場,使物質具有質素,這對粒子相互作用的方式至關重要。
所以,如果希格斯玻色子處於假真空狀態,然後它以某種方式轉變為真真空狀態,整個世界和所有現代物理學都會改變。
科學家們認為,這種粒子被困在一個特定的能量水平上,所以它只是看起來穩定,仍然可能失去大量的能量。
希格斯玻色子是我們宇宙中的所有物質的基礎,生活在這樣的宇宙中會帶來某些威脅。
比如, 如果希格斯玻色子出了什麽問題,宇宙可能會自我淪陷。
這會發生兩種可能: 第一個是創造一個強大的能量事件;第二個是量子隧道效應。
科學家們認為,由於隨機量子漲落,粒子可以在不克服能量勢壘的情況下,穿過能量勢壘,就像無線電波可以穿透墻壁一樣。
如果科學家對宇宙恒穩態理論的看法是正確的,希格斯場就會下降到真正的真空狀態,並導致真空衰變。
這會發生什麽情況呢?
事實上,只要有一個希格斯玻色子達到真正的真空狀態,所有其他的希格斯玻色子也會步其後塵,類似於多米諾骨牌效應。
這會產生一個巨大的真空衰變氣泡,然後以光速向四面八方膨脹。
當它穿過空間時,會把沿途遇到的一切都吞噬,所有物質和力都會改變原有的存在形式,物質的基本結構也會發生顯著的變化。
盡管這個氣泡的壁可能攜帶著巨大的能量,會燃燒人體的組織和骨骼,但不會有痛苦,人們甚至看不到它的到來,就瞬間消失了。
行星和恒星會被吞噬,整個星系會漂移開來,原子將無法再把自己凝聚在一起。
屆時,無論宇宙以什麽形式出現,它都不會像我們曾經生活過的地方。
如果這一事件發生在宇宙遙遠的角落,它可能永遠不會到達我們這裏。
因為宇宙也在膨脹,在宇宙尺度上,光的速度其實並不快。
這種現象是無法預見的,即使還沒有發生,也隨時可能發生。
現在我們仍不知道,希格斯玻色子是否會下降到真正的真空中。
史帝芬·霍金認為,上帝粒子的能階可以透過實驗來影響,但這很難做到,需要大約10萬兆電子伏特的恐怖電能量。
相比之下,目前大型強子對撞機產生碰撞的能量才13萬億電子伏特。
因此,為了讓希格斯玻色子失去平衡,我們可能需要一個與地球大小相當的大型強子對撞機。
到目前為止,這一切都是謎。
我們不知道也不能理解,生活在一個以新物理為基礎的世界裏,會是什麽樣子。
不知道那裏會有什麽粒子?它們會如何相互作用?化學物質會如何反應?
甚至不知道生命是否還能存在?