空间中的负能量“幽灵”闪光或揭示新物理学

当粒子超过介质设定的光速时出现的“光爆”现象，在特定情境下，可能意味着一种量子不稳定性，进而可能引发所谓的真空衰变。

巴黎-萨克雷大学的理论物理学家叶夫根尼·巴比切夫认为，如果在虚无的宇宙空间中观察到切伦科夫辐射发出的诡异蓝光，它或许可以被解读为负能量“幽灵”扰动的一种表现。

这为什么重要？因为我们现有的引力理论是不完备的，而这样一个信号将为了解时空在现有理论失效区域的行为提供难得的洞见，并有可能帮助我们缩小对更优引力模型的搜索范围。

巴比切夫在其论文中写道：“在这里，我们展示可以从同一视角来考虑两个看似截然不同的物理效应——切伦科夫辐射和幽灵不稳定性。也就是说，我们将证明，可以将切伦科夫辐射解释为一种伴随着携带负能量的‘幽灵’产生的不稳定性。”

在物理学中，“幽灵”可以描述为为了使粒子理论在数学上自洽而引入的任何非物理因子。但它也可以指代一种物理上的负能量扰动，这与数学规范理论中的“幽灵”不同，它预示着一种不稳定性。

这里用水来类比会很有帮助。想象水面是一个基准面，是水所能处的最低能量状态。要激起涟漪需要消耗能量，比如投入一颗石子；通常情况下，自然界不会在没有能量输入的情况下自发产生涟漪。

然而，在某些条件下，理论预测会出现一种携带负能量的扰动——“幽灵”。这看起来很像没有投入石子提供能量就自发出现的涟漪。

这并非无中生有地创造能量。相反，系统可以通过产生一对扰动——一个正能量，一个负能量——来降低其总能量，从而使原始状态变得不稳定。

在地球上，切伦科夫辐射是一种不稳定性在可见光波段的表现；当介质中的某种扰动在该介质中传播的速度超过它所产生的‘涟漪’（即光波）时，就会发生这种现象，这类似于音爆的光学版本。涟漪不断累积直到突然爆发形成“光爆”。这种现象通常在核反应堆中观察到，那里带电粒子在水中的速度超过了光速。

然而，根据已知物理定律，在真空中没有任何东西能移动得比光快，因此真空中不应出现切伦科夫辐射的光爆现象。

巴比切夫在论文中解释说，空无一物的空间中，幽灵不稳定性可能与超光速带电粒子的行为非常相似，并以相同的方式产生切伦科夫光爆。他表示：“正如我们所展示的，这两种过程的运动学——切伦科夫辐射与特定类型的幽灵不稳定性——确实完全等效。”

这将会彻底改变我们对物理宇宙的理解。在虚无中探测到切伦科夫辐射将意味着，宇宙真空至少在某些情况下可以表现得像一种具有结构、极限和储存能量的介质，这有助于推进或排除一些对我们现有引力理论的修正提议。

反过来，这也将意味着我们对真空的定义是错误的或不完整的，它并非我们假设的宇宙最低能量状态，从而迫使我们重新思考对一些非常基础的物理学的理解。

这并非完全出乎意料；几十年来，广义相对论与量子力学之间的张力，早已预示着我们对于物理宇宙的理解存在空白。

目前，这一讨论仍牢牢扎根于理论领域；论文并未提供任何实际手段来寻找这样的探测信号。但一个坚实的理论是良好的第一步；探索这一构想提出的可能性，正是我们找出如何去寻找它的途径。

巴比切夫写道：“研究修正引力理论中这种不稳定的构型处于‘准稳定’状态的情景会很有趣，即不稳定性的时间尺度远长于相关的物理过程。例如，可以设想一个存在‘幽灵’的黑洞，但其不稳定速率小于准正则模的频率。”

“未来研究的另一个方向，将是分析和数值模拟这类幽灵不稳定性在各类引力理论的具体解中是如何发展的。”

该论文已发表在《物理评论D》期刊上。

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