我們的宇宙實際上隨時都可能毀滅,而且這個時間無法預測。
真空這個名詞大家都不陌生,什么是真空呢,簡而言之就是什么都沒有,所以叫真空。 但是根據(jù)量子物理理論,在真空中,幽靈般的粒子在真空出憑空出現(xiàn)又馬上消失??此瓶諢o一物的真空,實際上是 一個 沸騰的粒子海洋。
量子理論的基本原則是沃納·海森堡( Werner Heisenberg ) 的測不準原理。測不準原理可能會引起歧義,我們 也可以叫 他不確定性原理。不是因為我們沒有辦法測準,而是他本身就是不確定的。即不存在所謂的絕對定值。無論可不可以測得到。
根據(jù)這一原理,量子物體的所有屬性都不具有完全確定的值。例如,一個光子或一個電子不可能同時具有確定的位置和確定的動量。對一確定的時刻,它也不可能有確定的能量。這里我們關心的是能量不確定性。盡管在宏觀世界里能量是守恒的(能量既不能創(chuàng)造也不會消失),但是在亞原子量子領域里這個定律就失效了。能量可隨時自發(fā)出現(xiàn)無法預言的變化,并且不是連續(xù)的,而是突然變化。所考慮的時間間隔越短,這種量子隨機漲落就越大。
事實上,通常認為的真空充滿著川流不息的一群群這類瞬時存在的粒子,它們不僅有光子,還有電子、質子相別的所有粒子。為了把這種瞬時粒子與我們比較熟悉的永久粒子相區(qū)別,前者稱為“虛”粒子,而后者則稱為“實”粒子。
粒子具有各種能級。這里,一個繞原子核轉動的電子可以有某些非常確定的能態(tài),而這些能態(tài)又對應著確定的能量。最低的能級稱為基態(tài),它是穩(wěn)定的。較高的能級稱為激發(fā)態(tài),它們是不穩(wěn)定的。較高能級有向較低能級躍遷的趨勢,躍遷的過程會釋放出能量,而躍遷的途徑可以不止一種。
而真空也是一樣,因為其中有粒子的隨機產生和消失,所以真空具有能級。存在一種或多種激發(fā)態(tài),不過 他們的實際表象相同,都是真空。最低能級,我們稱之為“真”真空,對應的,處于激發(fā)態(tài)的真空叫偽真空。
1980年,物理學家西德尼·科爾曼(Sidney Colemam)和弗蘭克·德盧西亞(Frank De Luccia)發(fā)表了一篇新奇的文章——引力效應和真空衰變。他們所指的真空不僅僅是空無一物的空間,而且是量子物理的真空態(tài)。我們假定,宇宙的現(xiàn)有狀態(tài)對應著真真空態(tài)。這就是說,在所有可能的能態(tài)中今天的空間是最低能量的真空態(tài)。但是,對于這一點我們并不能確定 ??茽柭偷卤R西亞考慮了一種令人恐懼的可能性,即真空態(tài)實際上也許不是“真”真空而是一種有相當長壽命的亞穩(wěn)態(tài),這也就是另一種偽真空,它一直在以一種偽裝的安全感哄騙我們,因為它已經延續(xù)了幾十億年。而偽真空向真真空“衰變”涉及到一場大災難的可能性,即真空態(tài)也許會突然終止,把宇宙扔進一個更小更低的能態(tài),同時給我們帶來災難。
在理論計算中,真空不同激發(fā)態(tài)之間的能級差是一個極其巨大的數(shù)字——每立方厘米的真空激發(fā)能超過10^84~85焦耳,這相當于 10^64噸的質量,比目前所知整個宇宙的質量還大.也就是說,如果目前我們的宇宙中的空間充斥著激發(fā)態(tài)真空(也叫偽真空),那么一旦某個點上的偽真空發(fā)生衰變而變成真真空,前述巨大的能量就會在瞬間被釋放出來.這個能量叫真空相變能。
如果我們的宇宙是一種“偽真空”,那么我們的宇宙就像一個裝滿烈性 炸藥的炸藥桶,只要有一點“火星”,即有一個點發(fā)生真空衰變,出現(xiàn)“真”真空,這種真空的體積開始可能只有一個原子大小,但它一旦形成,周圍相鄰的高能級真空就會向它的能級跌落,變成與它一樣的低能級真空,這就使得低能級真空的體積迅速擴大,形成一個球形,這個低能級真空球的擴張很快就能達到光速,球中的質子和中子將在瞬間衰變,這使得球內的物質世界全部蒸發(fā),一切歸于毀滅。
如此巨大的能量造成的效果是超強度的引力。由于它的巨大質量,它會在瞬間形成一個時空奇點。隨著真空衰變范圍的擴大,奇點周圍形成一個真真空“泡”。它以光速擴展,而泡內的一切都會被相變能的巨大質量產生的引力拉入奇點內,徹底堙沒。
所以真空衰變絕不僅僅是毀滅宇宙中的物質,它會毀滅一切,包括宇宙(時空)本身。即一旦發(fā)生了真空衰變,它會使整個宇宙縮小為一個奇點,直接恢復大爆炸的狀態(tài)。
而霍金則認為,目前物理學界正在熱衷的尋找希格玻色字(上帝粒子)有可能會引起真空衰變。
在新書《Starmus》的序言中,物理學家史蒂芬·霍金稱,希格斯玻色子令人擔憂,變得不穩(wěn)定并造成“災難性的真空衰變”。
他表示,“(上帝粒子)或許會在1000億電子伏特(100bnGeV)下變成亞穩(wěn)態(tài)。這可能意味著宇宙可能發(fā)生災難性的真空衰變——1個真空氣泡會以光速進行擴張——并且可能在任何時間發(fā)生,而我們卻無法看到它的到來”。
不過在最后,霍金還是幽默地說,別急著進行星際移民,一個達到1000億電子伏特的加速器要比地球還大,暫時不會被做出來。