伪真空衰变

哈里·钱德尔根据本杰明·施拉尔口述记录整理

2011年11月7日

 

 

插图:卡慕兰·萨米米

 

 

如果一个伪真空气泡宇宙形成并脱离了“真实的”宇宙,从上帝视角看会是什么样子? 希望我们现在能把一切解释清楚。

 

伪真空是指看起来完全稳定的区域,但实际上(理论上)随时可能坍缩,比如在你读完这句话的时间内就可以将居住在真空中的人(我们)变成不规则的粒子云…哈,开玩笑的。但实际上,本杰明·施拉尔是塔夫滋宇宙学研究所的博士后研究员,他知道伪真空衰变的原理。因此我们认为他是最佳人选,可以给我们解释为什么宇宙还没有解体…哈,又上当了吧!伙计,这可真容易。

 

伪真空衰变是一个理论的延伸,这个理论在化学和物理学中很有名——物质的相变。这个理论也适用于空白区域内不同的“相”,这些“相”叫做真空。正如水烧开会变成水蒸汽一样,该物理原理也适用于真空。当水在沸腾时,锅底会产生一些波动的小气泡。我们希望其它真空的小“气泡”不断在我们周围形成。

 

隧穿效应是这些气泡(我们相信一直存在着,只是很小)不断变大的过程。有时它们需要很长一段时间才能变大——这里“大”的概念还在核子物理学的规模以下。因此在传统意义上还是很小的,但也足够大到气泡的圆度和表面张力不会让它们马上破裂。当它们大到一定程度,我们就说它们发生了隧穿效应。它们必须从其它地方借用能量才能变得这么大,在没有明显能量来源的情况下,就只能是量子力学的能量借用。

 

你可以称它们为关键气泡——在隧穿过程中产生并不断变大的气泡。一个关键气泡比大多数气泡要大得多,而大多数气泡在破裂时不会造成伤害。

 

真空中偶尔会出现新的气泡,它们会增长到宇宙的大小并留下一个不同的真空,一种不同的空白区域。在那时,自然界会出现一种不同的物理构造。我是指,大致上是一套不同的物理定律。某些东西,比如电子的电荷值,甚至存在的粒子类型——所有这些东西都可以改变。宇宙可能会坍塌,或者物理定律可能发生巨大变化。唯一确定会改变的就是真空的能量密度值。

 

一种理论认为它已经发生了,我们称当前宇宙的是低能量的真空状态。如果新宇宙在未来的某个时刻出现,就会产生一个新的真空,这将导致一个大的压缩——宇宙的坍塌。它看上去会是这样:首先在某个遥远的地方出现一个气泡,它不断膨胀并将以极快的速度撞击我们——基本上是光速。接着我们来到气泡壁的另一边。如果物理定律发生大的改变,我们就不一定是以化学形式继续存在;但是如果物理定律改变不大,我们在气泡经过后依然完好无损,那时我们会发现一切都被引力吸引。我们将与所有星系和宇宙中其它物质相撞,这将是一种灾难性的压缩。

 

为我们真空的不稳定感到担忧没什么错,但是这个过程需要很长时间,我们可能永远观察不到。这种不稳定状态是可能存在的,但它发展地如此缓慢以至于我们还看不到,因为它还未发生。但原则上,它仍有可能发生。

 

你可以在不同的真空中有不同的区域。这时总有一个我们称之为畴壁的东西把它们分开——通常气泡壁是加速膨胀的,当你穿过气泡壁,你就穿过了不同的空间。儘管通常它膨胀的速度太快而让你无法穿越,但原则上,如果它是一个缓慢膨胀中的畴壁,比如具有完全相同真空能量的两个真空,你就可以在两者之间穿梭。但你要提前确保两边物质的化学组成相同。你可能会进入一个真空,但那里没有稳定的质子或电子,然后你可能会变成一些粒子,在那个环境中生活并不舒适。

 

原文:

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

 

翻译:Claire

 

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