北京
量子力学的奇特规则可能意味着我们宇宙的终结。但它们也可能使宇宙免于某种特定命运。
物理学家关于宇宙可能如何终结有许多令人着迷的理论，其中之一认为我们的宇宙并未处于其最稳定的状态。如果它跃迁到那个状态，我们所有人都可能被挤压进量子的虚无之中。很令人愉快，我知道。但一项新研究表明，这一令人不安的情景可能比人们担心的更不可能发生——至少这算是个安慰。
这被称为“假真空衰变”。在这一假想情景中，宇宙在我们这些局部观察者看来是稳定的。但一些计算表明，宇宙并未处于其最稳定的状态——即拥有最小可能能量的“真真空”。如果宇宙决定隧穿到一个更稳定的状态，我们所知的现实将被抹去。这种宇宙跃迁将产生一个以接近光速膨胀的末日量子气泡——在毫无预警的情况下彻底改写物理定律。
然而，一个研究团队声称发现了一种机制，即早期宇宙的快速膨胀触发了量子效应，将其锁定在团队所称的“宇宙锁定”状态中。因此，即使宇宙确实存在于假真空中，它也不太可能衰变为其他东西，该团队在最近发表于《宇宙学与天体粒子物理学杂志》的一篇论文中如此解释。
“这一结果并不能证明宇宙当前状态将永远保持稳定，也不能确定希格斯场[赋予基本粒子质量]最终衰变的具体可能性，”研究人员在雪城大学的一份声明中解释道，共同作者格雷戈里·卡普拉内克在该校担任博士后研究员。
一些简明的物理背景知识
故事要从希格斯玻色子说起，它为原本混沌如汤的宇宙赋予质量。像电子这样的基本粒子通过与这个粒子场相互作用而获得质量，正是通过探索这一非常有用的度量，物理学家们意识到宇宙可能并未处于其最稳定的状态。
“一个有用的类比是一个球在山丘和山谷的地形中滚动，球代表场的状态，山谷代表不同的可能真空，”卡普拉内克在电子邮件中解释道。“我们被困在的那个山谷就是假真空：它看起来稳定，因为球舒适地待在底部，但它并不是可用的最低能量状态。更深的山谷才是真真空。”
卡普拉内克说，量子力学为场隧穿这座山丘引入了“非凡的可能性”。他说，这将导致粒子性质和力的剧烈变化，“从根本上改变我们所知的宇宙”。他补充说，这使得“理解是否存在能使假真空更稳定的物理机制”变得很重要。
量子相互作用
最新研究结果认为，量子场并非孤立存在。该团队的模型评估了量子场在快速膨胀空间中如何演化，卡普拉内克澄清说这一设定“受到暴胀宇宙学的启发并适用于该领域”。通过计算，团队发现量子场的隧穿能力会受到退相干的抑制——退相干是指量子系统在与环境相互作用后崩溃，表现得更像经典系统的现象。
有两种可能的情景。如果论文中计算的场相对于宇宙膨胀速率较重，宇宙可能趋向真真空。如果它较轻，那么“系统无法跟上变化”，可能会落入假真空，该研究的第一作者、英国朴茨茅斯大学物理学家罗布森·克里斯蒂表示。
这里没有挤压？
无论哪种情况，退相干都会帮助将系统“锁定”在它所落入的局部最小值中。这是由于量子芝诺效应，它解释了被监测的量子系统为何似乎难以从一个状态跃迁到另一个状态。在这种情况下，环境本身“实际上充当了持续的监测者，因为相互作用不断将场的状态信息传递到周围环境中，”卡普拉内克指出。
尽管如此，团队解释称这一框架并未完全排除假真空衰变的可能性。研究人员在声明中补充说，尽管该模型考虑了此前被忽视的因素，但它仍是一个简化版本，未考虑其他相关因素，例如变化的宇宙膨胀速率或场自身对引力的影响。
卡普拉内克告诉我们，这一机制目前是否正在保护我们的宇宙超出了这项新工作的范围。他补充说，那需要一项“相当”更接近现实的计算。不过，新发现提供了一种可能稳定假真空的机制。嘿，如果这能保护我们免受量子挤压，我愿意接受。
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