在摧毁宇宙之前我们必须先来点关于真空衰变理论的量子力学。爱因斯坦的广义相对论告诉我们时空本身是可以扭曲变形的,而引力不过是时空弯曲的直接表现而已!但二十世纪初诞生的量子力学则从根本上摧毁了我们原本对连续世界的理解,而海森堡不确定性原理则揭示了一个更加令人惊讶的世界。
时间测得越准,则动量E就越不确定,那么在有一个非常非常短的时间t以内,即使在真空中也会有巨大的能量起伏,而这种能量的出现完全是量子力学的不确定性为基础的,但这种能量会在我们发现它的瞬间就已经消失,因而宇宙在整体上能量仍然保持守恒!
什么是真空衰变?
我们通常所谓的真空其实并不真的空,从物理学上看,就算我们把空间中的所有物质都去除掉,空间中依然还有电磁波的存在,也就是说,此时的空间中依然残留着光子等非物质粒子。而即便我们把这些非物质粒子也给去除,实现了真正意义上的真空,空间中也依然残留着某些能量,这些无法清除的残留在空间中的能量,就是所谓的“真空能”。而我要说的这个真空衰变就与真空能有莫大关系。
我们知道,水在不同的温度下会表现为不同的状态,温度高了变成了水蒸气,温度低了凝结为冰,这种物质状态发生改变的现象,我们将其称之为“相变”。而就像水的相变一样,真空状态也有可能变成截然不同的形态。
还是以水作为例子。水会沿着地势从高处向低处流动,这是因为,在我们生活的世界中,万物都倾向于处于最低的能量态,同样的道理,水之所以会凝结为冰,也是因为低于0℃时,水分子之间有规则的连接在一起,这样的能量也较低。研究认为,这种向着低能量态转变的趋势,同样适用于真空能。好了现在的问题就简单了,那就是我们宇宙中现在的真空能是处于最低能量态吗?
2012年,通过欧洲大型强子对撞机,科学家发现了希格斯玻色子,这种基本粒子赋予了其他基本粒子以质量,不仅如此,它还对真空的性质有着极大的影响。实验发现,希格斯玻色子的质量大约为126GeV,也就是1260亿电子伏特,这个质量要比科学家之前通过理论所预言的要更大一些。那么为什么会如此呢?我也不知道,总之这种差异的存在,使物理学家认识到,现在的真空可能并不是所有状态中能量最低的真空。也就是说,现在的真空是所谓的“伪”真空,而事实上,或许存在着能量更低的“真”真空。这就意味着,我们现在宇宙中的真空也会像水结冰那样,变成能量更低的真真空,这种真空状态的变化就是所谓的真空衰变。
如果发生真空衰变会怎样呢?
一旦发生真空衰变,宇宙的物理定律将被彻底重写,其所引发的结果就是,包括单个原子在内的,构成这个世界的所有物质,都将土崩瓦解,一切归零。
而现在的真空之所以还没有发生衰变并保持稳定的状态,有观点认为其原因在于,目前的真空与真真空之间存在一个“能量山峰”,这座能量山峰非常高大,我们必须给现有的真空增加能量,才有可能将其跨越,转变为能量更低的真真空,而到目前为止,这样的能量加持还没有出现。
事实上,在欧洲大型强子对撞机建造的时候,当时希格斯玻色子虽然还没有被发现,人们也没有确定真真空的存在,但真空衰变的基本构想已经形成,于是很多人就提出了反对意见,反对的理由并不是钱多钱少的问题,而是认为对撞机的实验,将为真空提供一个足够大的能量,助使其跨越能量壁垒,对撞机启动之时,便是世界末日来临之际。
好在人们的担心最终并没有成为现实,在LHC中,质子对撞释放的能量高达13TeV,也就是13万亿电子伏特,如此之高的能量尚且不能引发真空衰变,我们也就不用担心人类的其他活动了,另一方面,高能宇宙射线的能量要比LHC生猛得多,它们在地球周围,每时每刻都在与大气中的分子相撞,但即便如此,直到今天,地球和这个宇宙也没有被真空吞噬。由此可见,要想跨越这座能量山峰,所需的能量必然是极其巨大的,有人估计,要想人为造成真空衰变,就必须有超越地球规模的,异乎寻常的加速器。从这个角度来看,如果存在地外高等文明的话,他们或许也没到达到这一能力,这可以让我们感到稍微安心一点,不过,也或许他们已经达到了,只是在控制自己的实力,同时防止这样的加速器落入灭霸之手。
但是,为什么一定就要跨越山峰呢?在现实生活中,一座山太高了路修不过去,通常的解决办法就是开个隧道,而在量子世界中,这也是一个很好的解决方案,所以,借助于量子力学的隧穿效应,即使无法直接跨越能量山峰,真空衰变也有可能发生。
如果真空衰变发生,那么后果是极其严重的,一切物理定律可能会被改写,整个宇宙体系将崩溃,而且扩张速度极快,最终将会达到光速,吞没整个太阳系只需要5个小时,即使整个银河系也只需要15万年时间!看起来有些像《三体》中的二向箔,但两者完全不是同一个级别的东西,前者是跌落的是能级,后者跌落到是维度!
怎么样才能发生真空衰变?
但现代宇宙的真空状态并未发生真空衰变,科学家猜测是在现在的真空和“真正的真空”之间被能量所阻隔,这个能量非常大,就如希格斯玻色子的质量超出预期一样,可以对现有的真空施以巨大的能量,让其超过这个“真空能量”,那么雪崩式的真空衰变就会发生!
没有任何力量可以阻止真空衰变开始和蔓延,有一个理论挺好玩,比如我们达不到100亿亿电子伏特的能量,但太阳也达不到氕氕的质子链反应的能量啊,但太阳照样燃烧发光,因为伽莫夫发现了能够实现突破库仑障壁的量子力学公式,使得太阳内核的氕氕原子核在没有达到聚变温度的条件下发生聚变了!
这就是量子力学中见鬼一般的量子隧穿效应,这个效应在太阳内核中提供了燃料的生产通道,而且量子隧穿效应的速度决定了太阳的寿命,因为太阳内核温度不够,隧穿效应发生的概率极低,大约每十亿个质子对才有一对发生,但太阳内核质子对何其多!
太阳内核的量子隧穿效应提供了人类赖以生存的阳光,但现在我们非常担心这个量子隧穿效应会导致某处突然生成真空衰变,继而席卷全宇宙!从量子力学角度来说,它可能在任何时间、任何地点发生,而且一旦开始,除了光速逃离,没有任何办法!