“真空衰变”到底有多可怕？科学家：希望它永远不会发生

大家好，我是魅力科学君，今天我们来聊一下“真空衰变”（Vacuum decay）——这是科学家根据量子场论推测出的一种有可能会发生的现象。

简单来讲，量子场论是现代物理学中用于描述微观世界的一种理论框架，它结合了量子力学、狭义相对论和经典场论的概念，用于解释基本粒子及其相互作用的本质。

该理论认为，场是宇宙中最基本的存在，而基本粒子则是场的量子激发，每一种基本粒子，都对应一种特定的场（如电子对应电子场、光子对应电磁场，夸克对应夸克场），这些场在宇宙中无处不在，就算是在真空中也不例外，只过根据理论上的预测，真空中的场都应该处于基态，也就是能量最低状态。

然而科学家却发现，真空中有一种场似乎并没有处于基态。这种场就是“希格斯场”（Higgs field），它是一种能够赋予基本粒子质量的场，其量子激发产生的基本粒子是“希格斯玻色子”（Higgs boson），从理论上来讲，通过“希格斯玻色子”和顶夸克的质量，就可以计算出“希格斯场”的能量状态。

在研究工作中，科学家测量出了“希格斯玻色子”和顶夸克的质量分别约为125.18GeV和173.1GeV，并据此计算出了“希格斯场”的能量曲线，结果发现，真空中的“希格斯场”没有像理论预测中的那样处于能量最低的基态，而是处于能量相对更高的亚稳态。

需要知道的是，宇宙万物都会自发地趋向于能量最低的状态（因为最低的能量状态就是最稳定的状态），这也被称为“能量最低原理”，“希格斯场”当然也会遵循这种规律。

所以从理论上来讲，如果真空中的“希格斯场”处于亚稳态，那这样的真空就是“伪真空”（False vacuum），在这种情况下，它就会趋向于向“希格斯场”处于基态的“真真空”（Ture vacuum）转变。

实际上，这种“伪真空”向“真真空”转变的过程，就被称为“真空衰变”。引人注目的是，科学家通过理论推测出了这种现象，却希望它永远不会发生，这是因为它可能会引发宇宙级的灾难。那“真空衰变”到底有多可怕呢？我们接着看。

科学家推测，“伪真空”之所以没有向“真真空”转变，是因为它受到了一种“能量势垒”的阻碍。

这里我们不妨来做一个简单的思想实验，比如说在一个斜坡上有一个凹坑，而一个小球停在那里，这个凹坑就可以认为是一种“能量势垒”，尽管小球会自发地趋向于向斜坡底部滚落，但在凹坑的阻碍之下，它也能保持稳定。

然而如果我们将这个小球推一下，让它越过这个凹坑，那么它就会向斜坡的底部滚落，而在此过程中，就会有能量被释放出来。

同样的道理，假如有某种力量让“伪真空”突破了“能量势垒”的阻碍，那“伪真空”就会开始向“真真空”转变，进而引发“真空衰变”，重要的是，在此过程中，也伴随着能量释放，而根据科学家的计算，“真空衰变”释放出的能量是非常大的，完全可以让其邻近的“伪真空”也能突破“能量势垒”。

也就是说，一旦“真空衰变”在宇宙的某个点启动，就会使周围的“伪真空”越过“能量势垒”，继而释放出更多能量，然后这些能量又会引发更外侧“伪真空”发生“真空衰变”……

如此一来，一个由稳定的“真真空”构成的“真空泡”，就会在宇宙中快速扩张，从理论上来讲，其扩张的速度可达到宇宙中的速度极限——光速。

那么，当这个“真空泡”席卷宇宙时，会发生什么呢？虽然我们不知道确切的后果，但可以肯定的是，那将是灾难性的。

因为“希格斯场”决定着基本粒子的质量，“真真空”的到来意味着希格斯场的能量水平发生变化，这会直接导致所有基本粒子的质量发生改变，进而使它们无法再像现在我们所看到的那样稳定地结合。

这就意味着，这个“真空泡”所到之处，我们所知的物质基础将轰然崩塌，行星、恒星、星云，一切已知的宇宙结构都将灰飞烟灭，其中的生命同样也无法幸免，最终只会留下一个完全陌生、面目全非的世界。

值得一提的是，根据狭义相对论，宇宙中任何信息的传播速度都不可能超过光速，所以在这个“真空泡”到来之前，我们根本就察觉不到它的存在……

不得不说，“真空衰变”确实是挺可怕的，不过这只是一种理论上的推测，实际情况是否真是如此，还是一个巨大的问号。

另一方面来讲，“伪真空”突破“能量势垒”在理论上有两种途径，一种是足够高的能量输入，另一种则是通过“量子隧穿效应”。

根据科学家的计算，“伪真空”突破“能量势垒”所需要的能量极高，在宇宙中不可能自然存在，而“量子隧穿效应”的可能性虽然存在，但其概率却极低（大约为每立方光年每10的790次方年发生一次）。

也就是说，即使现在的宇宙真的处于“伪真空”，其发生“真空衰变”的概率也是微乎其微，完全可以忽略不计，所以我们也不必为此担心。