“真空衰变”(Vacuum decay)是物理学家根据量子场论推测出的一种假说,有一种观点将其解读为:如果宇宙中的某一区域出现了“真空衰变”,那么“真空衰变”就会以光速从该区域向四面八方扩散,并最终达到毁灭整个宇宙的效果。这到底是怎么回事呢?下面我们就来聊一下这个话题。

什么是“真空衰变”?
想要知道“真空衰变”到底是什么,我们需要先来了解一下“能量最低原理”,该原理可以简单地理解为,宇宙万物都会自发地趋向于更稳定的状态,而宇宙万物都会遵循“能量越低就越稳定”的规律,因此宇宙万物都会自发地趋向于能量最低的状态。

“能量最低原理”在我们身边可以说是随处可见,一个典型的例子就是,水总是会自发地从高处向低处流动,这就是因为位于低处的重力势能更低。
实际上,对于宇宙真空而言,“能量最低原理”也同样适用,也就是说,如果宇宙真空并不是处于能量最低状态,那么在一定的条件下,宇宙真空就会向更低的能量状态“跌落”,而这个过程就被称为“真空衰变”。
为什么会有“真空衰变”这种假说呢?
这其实与“希格斯玻色子”(Higgs boson)有关,早在1964年,物理学家彼得.希格斯(Peter Higgs)就提出了“希格斯场”(Higgs field)的概念,他认为“希格斯场”是一种在宇宙空间中无处不在的量子场,当某些基本粒子与“希格斯场”发生相互作用时,就被赋予了质量。

从理论上来讲,“希格斯场”会产生一种被称为“希格斯玻色子”的微观粒子,而在2013年的时候,欧洲核子研究组织(CERN)真的在实验中发现了“希格斯玻色子”,彼得.希格斯提出的理论也因此而得到了证实。
除了给一些基本粒子赋予质量之外,“希格斯场”还与宇宙真空的能量状态密切相关,有意思的是,研究人员发现,“希格斯玻色子”的质量约为126GeV,与之相比,假如宇宙真空是处于最低能量状态的话,“希格斯玻色子”的质量就应该更低。
这就意味着,宇宙真空有可能并不是处于能量最低状态,而如果真是这样的话,那么在一定的条件下,“真空衰变”就会发生。
那么,“真空衰变”真的能以光速毁灭整个宇宙吗?
假设宇宙真空真的是没有处于能量最低状态,那么我们就可以将其称为“伪真空”(False vacuum),与之对应的是,处于能量最低状态的宇宙真空,则可以称为“真实的真空”(Ture vacuum)。

研究者推测,“伪真空”之所以没有向能量更低的状态“跌落”,其实是因为有一种“能量势垒”的阻止作用,为方便理解,我们不妨将其想象成一个位于半山腰的铁球,尽管它存在着继续往下掉的趋势,但由于在半山腰的位置上存在着一种地势的阻挡,它就不会继续往下掉。
显而易见的是,假如我们用一定的力量推动这个铁球越过阻挡它的地势,它就会不可避免地继续往下掉。

同样的道理,如果我们向“伪真空”里注入足够大的能量,那么“伪真空”就可以突破“能量势垒”的阻止,进而向“真实的真空”“跌落”,于是“真空衰变”就发生了。
正如我们所知,如果一个系统向更低能量状态转变,那么该系统就会释放出能量,据此我们不难推测出,“真空衰变”同样也会释放出能量。根据研究者的计算,“真空衰变”释放出的能量其实是很大的,大到足以令其周围的“伪真空”也突破“能量势垒”。
在这种情况下,如果宇宙中的某一区域发生了“真空衰变”,那么其释放出的能量就会引发周围的空间发生“真空衰变”,而周围的空间发生了“真空衰变”,又会引发更多的空间也发生“真空衰变”……
