偽真空衰變

哈里·錢德爾根據本傑明·施拉爾口述記錄整理

2011年11月7日

 

 

插圖:卡慕蘭·薩米米

 

 

如果一個偽真空氣泡宇宙形成並脫離了“真實的”宇宙,從上帝視角看會是什麼樣子? 希望我們現在能把一切解釋清楚。

 

偽真空是指看起來完全穩定的區域,但實際上(理論上)隨時可能坍縮,比如在你讀完這句話的時間內就可以將居住在真空中的人(我們)變成不規則的粒子雲…哈,開玩笑的。但實際上,本傑明·施拉爾是塔夫滋宇宙學研究所的博士後研究員,他知道偽真空衰變的原理。因此我們認為他是最佳人選,可以給我們解釋為什麼宇宙還沒有解體…哈,又上當了吧!夥計,這可真容易。

 

偽真空衰變是一個理論的延伸,這個理論在化學和物理學中很有名——物質的相變。這個理論也適用於空白區域內不同的“相”,這些“相”叫做真空。正如水燒開會變成水蒸汽一樣,該物理原理也適用於真空。當水在沸騰時,鍋底會產生一些波動的小氣泡。我們希望其它真空的小“氣泡”不斷在我們周圍形成。

 

隧穿效應是這些氣泡(我們相信一直存在著,只是很小)不斷變大的過程。有時它們需要很長一段時間才能變大——這裡“大”的概念還在核子物理學的規模以下。因此在傳統意義上還是很小的,但也足夠大到氣泡的圓度和表面張力不會讓它們馬上破裂。當它們大到一定程度,我們就說它們發生了隧穿效應。它們必須從其它地方借用能量才能變得這麼大,在沒有明顯能量來源的情況下,就只能是量子力學的能量借用。

 

你可以稱它們為關鍵氣泡——在隧穿過程中產生並不斷變大的氣泡。一個關鍵氣泡比大多數氣泡要大得多,而大多數氣泡在破裂時不會造成傷害。

 

真空中偶爾會出現新的氣泡,它們會增長到宇宙的大小並留下一個不同的真空,一種不同的空白區域。在那時,自然界會出現一種不同的物理構造。我是指,大致上是一套不同的物理定律。某些東西,比如電子的電荷值,甚至存在的粒子類型——所有這些東西都可以改變。宇宙可能會坍塌,或者物理定律可能發生巨大變化。唯一確定會改變的就是真空的能量密度值。

 

一種理論認為它已經發生了,我們稱當前宇宙的是低能量的真空狀態。如果新宇宙在未來的某個時刻出現,就會產生一個新的真空,這將導致一個大的壓縮——宇宙的坍塌。它看上去會是這樣:首先在某個遙遠的地方出現一個氣泡,它不斷膨脹並將以極快的速度撞擊我們——基本上是光速。接著我們來到氣泡壁的另一邊。如果物理定律發生大的改變,我們就不一定是以化學形式繼續存在;但是如果物理定律改變不大,我們在氣泡經過後依然完好無損,那時我們會發現一切都被引力吸引。我們將與所有星系和宇宙中其它物質相撞,這將是一種災難性的壓縮。

 

為我們真空的不穩定感到擔憂沒什麼錯,但是這個過程需要很長時間,我們可能永遠觀察不到。這種不穩定狀態是可能存在的,但它發展地如此緩慢以至於我們還看不到,因為它還未發生。但原則上,它仍有可能發生。

 

你可以在不同的真空中有不同的區域。這時總有一個我們稱之為疇壁的東西把它們分開——通常氣泡壁是加速膨脹的,當你穿過氣泡壁,你就穿過了不同的空間。儘管通常它膨脹的速度太快而讓你無法穿越,但原則上,如果它是一個緩慢膨脹中的疇壁,比如具有完全相同真空能量的兩個真空,你就可以在兩者之間穿梭。但你要提前確保兩邊物質的化學組成相同。你可能會進入一個真空,但那裡沒有穩定的質子或電子,然後你可能會變成一些粒子,在那個環境中生活並不舒適。

 

原文:

https://www.vice.com/en_us/article/kwnpbw/the-learnin-corner-false-vacuum-decay-0000052-v18n1

 

翻譯:Claire

 

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