科學家發現：宇宙或許已經開始解體和更新(圖)

美國天體物理學家提出，宇宙會以一種稱為「真空衰變」（Vacuum Decay）的方式解體。（圖片來源：Adobe Stock）

2021年12月，美國天體物理學家薩特（Paul Sutter）在space.com發表的一篇文章中指出，宇宙可能並不像我們想像的那麼穩定，並提出宇宙會以一種稱為「真空衰變」（Vacuum Decay）的方式解體，而且宇宙很可能已經開始了其解體更新的過程。

據外媒報導，薩特是近年來很活躍的科學專欄作家和演說家。他擅於把高端、難懂的物理知識用通俗的語言講解給大眾，因此廣受歡迎。他在新發表的這篇文章裡講述了「真空衰變」的過程。

科學家過去曾提出幾種宇宙解體的可能方式，如大撕裂、坍縮，以及現在一些學者較為關注「真空衰變」。

宇宙解體聽起來是很可怕，但是科學家設想這並不可怕，他們認為這種解體的過程是從宇宙中的某個點啟動，以光速擴散開來，所到之處，所有的物質包括時間都要解體。而到了地球時，人類根本沒有任何感覺已經被解體。

不過，這個「解體」並不意味著什麼都沒有了，科學家認為，「解體」的同時還會再造新的粒子、新的宇宙，更準確地說，這是宇宙的一種「相位變化」（phase transition）的過程，或說是一種更新替代的過程。

薩特在文章中說，要想了解宇宙的穩定性，首先要從「相位變化」的概念說起。那什麼是「相位變化」呢？就是指物質經歷的快速、劇烈的轉變。在生活中，我們看到水燒開變成蒸汽、水冷卻又結冰，這些過程就是物體的「相位變化」。而在量子場領域，相位變化的概念就相對難理解一些。

現在的科學家認為，量子場是構成這個宇宙的基礎單元。每個粒子，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、電磁力和強核力是人們熟悉的4種基本作用力，可是在宇宙誕生最初期，這些力是統一的一個概念，隨著宇宙的擴張和冷卻，量子場經歷了「相位變化」，導致這些作用力分裂成四種。

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，直到我們人類今天看到的這個宇宙。

不太穩定的宇宙

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

薩特說，探測宇宙穩定性的最佳辦法就是通過希格斯玻色子（Higgs boson）的質量。這是一個非常有趣的領域，希格斯玻色子在宇宙中的存在才使得電磁力和弱作用力分開成為兩種作用力，如果沒有希格斯玻色子，這兩種作用力又會重新融合在一起。

在量子物理學中，一個粒子的質量越大，它就越不穩定。大質量粒子容易衰變成輕粒子。因此，如果希格斯玻色子質量很大，它就不可能像看起來的那麼穩定，有一天它就會衰變成其它物質。但如果希格斯玻色子質量足夠小，它存在的時間就會很久。

目前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。物理學家把這稱為「亞穩態」（metastable），意即目前是穩定的，但一旦某些情況出現變化，它就會快速衰變。

根據這個測量結果，薩特的觀點是：目前宇宙的量子場可能會再穩定幾百億年，但另一方面，也意味著宇宙可能已經開始在經歷「相位變化」。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。」

這個過程被科學家稱為「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」已經啟動的時候，這個宇宙早就開始更新了。

那麼新宇宙的另一邊會是什麼？薩特說，這是不可能說的清的。可能是平淡無奇，沒有任何變化。也可能只發生輕微的調整，又或者是與舊的量子場完全不同，形成一個充滿全新的力、場和粒子的宇宙——這將使我們所知的生命（以及相關的化學和原子學）都不可能存在。