科學家:宇宙或許已開始解體和更新過程

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【新唐人北京時間2022年02月19日訊】美國天體物理學家薩特(Paul Sutter)近期在space.com發表的一篇文章提出了宇宙會以一種稱為「真空衰變」(vacuum decay)的方式解體,而且宇宙有可能已經開始了其解體更新的過程。

科學家以前提出過幾種宇宙解體的可能方式,比如大撕裂、坍縮,現在一些學者比較關注「真空衰變」的方式。但是科學家設想這並不可怕,認為這種解體的過程是從宇宙中的某個點啓動,以光速擴散開來,所到之處,不僅是所有的物質解體,連時間都要解體。

到了地球這兒,人類根本沒有任何感覺已經被解體。不過,科學家認為,解體並不意味著什麼也沒有了,而是同時再造新的粒子、新的宇宙,因此更準確地說,他們描述這是宇宙的一種「相位變化」(phase transition)的過程,或者說是一種更新替代的過程。

薩特是近年來很活躍的科學專欄作家、演說家。他擅於把高端、難懂的物理知識用通俗的語言講解給普羅大眾,因此廣受歡迎。他在新發表的這篇文章里講解了「真空衰變」的過程。

薩特說,要了解宇宙的穩定性,先要從「相位變化」的概念說起。在生活中,水燒開變成蒸汽、水冷卻又結冰,這都是物體的「相位變化」。在量子場領域,相位變化的概念就相對難理解一些。

科學家現在認為量子場是構成這個宇宙的基礎單元。每個粒子,比如光子、電子都是一個更基礎的量子場在這個空間的體現形式。所有的空間和時間都泡在這個場裡面,就像麵包浸泡在橄欖油裡面一樣。這些量子場之間的相互作用和溝通方式,構成了這個空間物質性的體現——包括人們熟悉的粒子間四種基本作用力、乃至整個物質空間的存在形式。

引力、弱核力、強核力和電磁力是人們熟悉的四種基本作用力,可是在宇宙誕生初期,它們是統一的一個概念,隨著宇宙的冷卻和擴張,量子場出現了「相位變化」,導致這些作用力分成四種。聽上去很複雜?薩特說,這個過程在大爆炸之後不到一秒的時間內就完成,之後,宇宙進入「穩定」的狀態,由這些作用力發展、演化出這個宇宙中的各種物質,經過一百多億年,直到人們今天看到的這個宇宙。

這個宇宙永遠會處於這樣「穩定」的狀態嗎?當然不會,薩特說,在量子場的世界里,任何事情都可能發生。

近年來,科學家發現可以通過希格斯玻色子(Higgs boson)的質量探查量子場的穩定性。他們認為,玻色子的存在才使得電磁力和弱作用力分開成為兩種作用力,也就是說如果沒有希格斯玻色子,這兩種作用力又會合併成一種作用力。

在量子物理學上,一個粒子的質量越大,它越不穩定。大質量粒子容易衰變成輕粒子。所以,如果希格斯玻色子質量很大,它就不穩定,有一天它就會衰變成其它物質。如果希格斯玻色子質量足夠小,它存在的時間就會很久。

現在,科學家測量到希格斯玻色子的質量處於「很穩定」和「看似有些不穩定」之間。科學家把這稱為「亞穩態」(metastable),意即現在是穩定的,但是一旦某些情況出現變化,它將快速衰變。

這個測量結果就能解釋物理學家在本文提出的觀點:目前宇宙的量子場可能會再穩定幾百億年,但是也可能已經開始在經歷相位的變化。怎樣的變化呢?

薩特說:「只要在宇宙任何地方出現某種細微的攪動,希格斯玻色子就開始衰變,於是基礎的量子場將自動形成一種新的、更穩定的結構。這個『更新』後的空間將以光速在宇宙中擴展,所到之處,替換掉所有舊的宇宙空間。」

科學家給這個過程起的全名叫做「偽真空衰變」(false vacuum decay)。「偽」的意思是說這個宇宙不是「真的」真空,真的真空應該很穩定,而偽真空則有一天突然就可能出現衰變、更新。

薩特說,等到科學家探測到確鑿證據說明「相位變化」已經啓動的時候,這個宇宙早就開始更新了。

「新宇宙」是什麼樣子呢?科學家現在不知道。有可能和現在差不多;有可能裡面「暗能量」的特性有了些變化;也可能裡面中微子的特性有了變化;甚至可能完全和舊宇宙不一樣,有全新的其它作用力、物質場和物質粒子。沒人能夠預知結果。

(轉自大紀元/責任編輯:葉萍)

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