太阳系或许不会被“降维打击”,但实际情况可能比这更糟



太阳系或许不会被“降维打击”,但实际情况可能比这更糟


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太阳系或许不会被“降维打击”,但实际情况可能比这更糟




伪真空跌落可能会带来世界末日 。

充斥在星系间的气体氢(蓝色) 。 相变导致宇宙中的基本作用力发生分化 , 随后各种各样的粒子开始出现 , 现代宇宙开始成形 。 但同样是相变 , 也有可能毁掉这一切 。 ESO
不知道刘慈欣在构思《三体》中的降维打击时 , 是不是受到过物理学中伪真空跌落(衰变)概念的影响 。 存在于现实中和理论上的这种可能性一旦成真 , 其毁灭宇宙的惨烈程度可能丝毫不亚于三维变二维 。
一切要从宇宙的最初时刻说起 。
宇宙在遥远的过去经历过数次激烈的“相变” 。 通过这些相变 , 宇宙中分化了四大基本作用力 , 各种各样的粒子也随之出现 。 以我们今天的眼光来看 , 这一切发生在宇宙诞生后不足一秒钟的时间内 , 随后一切趋于稳定 , 并一直维持到今天 。
但是宇宙真的就会这样岁月静好下去吗?
要知道宇宙能不能一直维持稳定 , 首先我们要理解什么是相变 。 相变是物质状态发生的剧烈变化 。 现实中相变其实无处不在 。 比如水沸腾变成气体 , 以及水受冷凝固成冰 。
但物理学中最奇特的相变可能是量子场的相变 。 量子场是宇宙的基石 。 每一种粒子 , 比如光子和电子 , 本质上都是相应量子场的一种表现形式 。 场与时空相互渗透 。 场和场之间的相互影响和沟通 , 是我们之所以能够存在于这个宇宙中的根本原因 。
我们之所以能够存在 , 得益于四大基本作用力:引力、弱互作用力、电磁力和强互作用力 。 但在宇宙的演化史上 , 这四种力并不都一直存在 。 在宇宙的极早时刻 , 这些力是统一在一起的 。 随着宇宙的膨胀和冷却 , 量子场发生了相变 , 这些力才一一分化出来 。
量子场的最后一次相变导致电磁力与弱互作用力分化 。 这次分化还产生了光子 , 以及W和Z玻色子 。 这些粒子是这两种力的载体 。
电磁力独立出来后 , 宇宙便一直保持着稳定 。 在四大基本作用力的共同作用下 , 现代宇宙开始成形 。
但宇宙真的就此保持稳定了吗?不好说 。 宇宙虽然已经在这一基本框架内演化了130多亿年 , 但在量子场的世界里 , 一切仍然都有可能 。

物理学家对宇宙稳定性的认知 , 来自希格斯玻色子的质量 。 与希格斯子相对应的是希格斯场 。 希格斯场非常有意思 , 只有它存在 , 电磁力才能与弱互作用力保持分化的状态 。 没有希格斯玻色子或希格斯场 , 分化了的基本作用力还会再合并回去 。
在量子力学中 , 实体质量越大就越不稳定 。 大质量粒子会迅速衰变成小质量粒子 。 假如希格斯玻色子拥有较大的质量 , 那么它就不会像表面上看起来那么稳定 , 它总有一天会衰变 。 但是假如希格斯玻色子的质量足够小 , 那么它就能够一直存在 , 宇宙中的量子场也会一直保持稳定 。
但问题就出在这里 。 物理学家对希格斯玻色子的质量测定结果表明 , 它的质量处在一个不上不下的范围内 。 我们既不能说它稳定 , 也不能说它不稳定 。 物理学家称这种状态为“亚稳态” 。 处于亚稳态的量子场一旦满足被触发的条件 , 就会发生衰变 。
衰变一旦在宇宙的某个角落发生 , 宇宙的量子场就有可能向新的稳定态跌落 。 跌落后的新宇宙会以光速在旧宇宙中四处扩散 。
这就是所谓的“伪真空跌落(衰变)” 。 伪真空的意思是我们宇宙中的真空并不是真正的真空 , 而是仍然拥有非零的能量 。 伪真空是不稳定的 , 所以它总有一天会向更稳定的状态跌落 , 或者转化为其他形态 。
宇宙已经在亚稳态的基础上存在了上百亿年 , 或许它还能继续存在上万亿年 , 但也有可能随时发生相变 。 或许此时此刻“伪真空跌落”已经在宇宙中的某些地方发生 , 只是“新宇宙”还未到达我们的太阳系 。

伪真空一旦发生跌落 , 宇宙会发生什么变化?目前只能说没有人知道 。 也许一切都会照旧 , 新的量子场和旧的量子场没什么区别 , 宇宙只是作了一些“微调” , 比方说“暗能量”的强度 , 或中微子的质量发生了微小的变化 。

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