大家好，我是魅力科學(xué)君，今天我們來聊一下“真空衰變”（Vacuum decay）——這是科學(xué)家根據(jù)量子場論推測出的一種有可能會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象。

簡單來講，量子場論是現(xiàn)代物理學(xué)中用于描述微觀世界的一種理論框架，它結(jié)合了量子力學(xué)、狹義相對論和經(jīng)典場論的概念，用于解釋基本粒子及其相互作用的本質(zhì)。

該理論認(rèn)為，場是宇宙中最基本的存在，而基本粒子則是場的量子激發(fā)，每一種基本粒子，都對應(yīng)一種特定的場（如電子對應(yīng)電子場、光子對應(yīng)電磁場，夸克對應(yīng)夸克場），這些場在宇宙中無處不在，就算是在真空中也不例外，只過根據(jù)理論上的預(yù)測，真空中的場都應(yīng)該處于基態(tài)，也就是能量最低狀態(tài)。

然而科學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)，真空中有一種場似乎并沒有處于基態(tài)。這種場就是“希格斯場”（Higgs field），它是一種能夠賦予基本粒子質(zhì)量的場，其量子激發(fā)產(chǎn)生的基本粒子是“希格斯玻色子”（Higgs boson），從理論上來講，通過“希格斯玻色子”和頂夸克的質(zhì)量，就可以計(jì)算出“希格斯場”的能量狀態(tài)。

在研究工作中，科學(xué)家測量出了“希格斯玻色子”和頂夸克的質(zhì)量分別約為125.18GeV和173.1GeV，并據(jù)此計(jì)算出了“希格斯場”的能量曲線，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，真空中的“希格斯場”沒有像理論預(yù)測中的那樣處于能量最低的基態(tài)，而是處于能量相對更高的亞穩(wěn)態(tài)。

需要知道的是，宇宙萬物都會(huì)自發(fā)地趨向于能量最低的狀態(tài)（因?yàn)樽畹偷哪芰繝顟B(tài)就是最穩(wěn)定的狀態(tài)），這也被稱為“能量最低原理”，“希格斯場”當(dāng)然也會(huì)遵循這種規(guī)律。

所以從理論上來講，如果真空中的“希格斯場”處于亞穩(wěn)態(tài)，那這樣的真空就是“偽真空”（False vacuum），在這種情況下，它就會(huì)趨向于向“希格斯場”處于基態(tài)的“真真空”（Ture vacuum）轉(zhuǎn)變。

實(shí)際上，這種“偽真空”向“真真空”轉(zhuǎn)變的過程，就被稱為“真空衰變”。引人注目的是，科學(xué)家通過理論推測出了這種現(xiàn)象，卻希望它永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生，這是因?yàn)樗赡軙?huì)引發(fā)宇宙級(jí)的災(zāi)難。那“真空衰變”到底有多可怕呢？我們接著看。

科學(xué)家推測，“偽真空”之所以沒有向“真真空”轉(zhuǎn)變，是因?yàn)樗艿搅艘环N“能量勢壘”的阻礙。

這里我們不妨來做一個(gè)簡單的思想實(shí)驗(yàn)，比如說在一個(gè)斜坡上有一個(gè)凹坑，而一個(gè)小球停在那里，這個(gè)凹坑就可以認(rèn)為是一種“能量勢壘”，盡管小球會(huì)自發(fā)地趨向于向斜坡底部滾落，但在凹坑的阻礙之下，它也能保持穩(wěn)定。

然而如果我們將這個(gè)小球推一下，讓它越過這個(gè)凹坑，那么它就會(huì)向斜坡的底部滾落，而在此過程中，就會(huì)有能量被釋放出來。

同樣的道理，假如有某種力量讓“偽真空”突破了“能量勢壘”的阻礙，那“偽真空”就會(huì)開始向“真真空”轉(zhuǎn)變，進(jìn)而引發(fā)“真空衰變”，重要的是，在此過程中，也伴隨著能量釋放，而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，“真空衰變”釋放出的能量是非常大的，完全可以讓其鄰近的“偽真空”也能突破“能量勢壘”。

也就是說，一旦“真空衰變”在宇宙的某個(gè)點(diǎn)啟動(dòng)，就會(huì)使周圍的“偽真空”越過“能量勢壘”，繼而釋放出更多能量，然后這些能量又會(huì)引發(fā)更外側(cè)“偽真空”發(fā)生“真空衰變”……

如此一來，一個(gè)由穩(wěn)定的“真真空”構(gòu)成的“真空泡”，就會(huì)在宇宙中快速擴(kuò)張，從理論上來講，其擴(kuò)張的速度可達(dá)到宇宙中的速度極限——光速。

那么，當(dāng)這個(gè)“真空泡”席卷宇宙時(shí)，會(huì)發(fā)生什么呢？雖然我們不知道確切的后果，但可以肯定的是，那將是災(zāi)難性的。

因?yàn)椤跋８袼箞觥睕Q定著基本粒子的質(zhì)量，“真真空”的到來意味著希格斯場的能量水平發(fā)生變化，這會(huì)直接導(dǎo)致所有基本粒子的質(zhì)量發(fā)生改變，進(jìn)而使它們無法再像現(xiàn)在我們所看到的那樣穩(wěn)定地結(jié)合。

這就意味著，這個(gè)“真空泡”所到之處，我們所知的物質(zhì)基礎(chǔ)將轟然崩塌，行星、恒星、星云，一切已知的宇宙結(jié)構(gòu)都將灰飛煙滅，其中的生命同樣也無法幸免，最終只會(huì)留下一個(gè)完全陌生、面目全非的世界。

值得一提的是，根據(jù)狹義相對論，宇宙中任何信息的傳播速度都不可能超過光速，所以在這個(gè)“真空泡”到來之前，我們根本就察覺不到它的存在……

不得不說，“真空衰變”確實(shí)是挺可怕的，不過這只是一種理論上的推測，實(shí)際情況是否真是如此，還是一個(gè)巨大的問號(hào)。

另一方面來講，“偽真空”突破“能量勢壘”在理論上有兩種途徑，一種是足夠高的能量輸入，另一種則是通過“量子隧穿效應(yīng)”。

根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，“偽真空”突破“能量勢壘”所需要的能量極高，在宇宙中不可能自然存在，而“量子隧穿效應(yīng)”的可能性雖然存在，但其概率卻極低（大約為每立方光年每10的790次方年發(fā)生一次）。

也就是說，即使現(xiàn)在的宇宙真的處于“偽真空”，其發(fā)生“真空衰變”的概率也是微乎其微，完全可以忽略不計(jì)，所以我們也不必為此擔(dān)心。