什么是真空衰变?

什么是真空衰变?
什么是真空衰变?

什么是真空衰变?
如果用最简单的语言描述真空衰变的话,那么可以用以下几个字概括：
量子跃迁
即处于高能级上的量子向低能级的跃迁过程.
以下将详细描述真空衰变的基本原理.
首先,我们必需了解量子真空,即相对与“真”真空而言的“伪”真空.请看以下描述：
量子理论的基本原则是沃纳·海森伯(Werner Heiseberg)的不确定原理.根据这一原理,量子物体的所有属性都不具有完全确定的值.例如,一个光子或一个电子不可能同时具有完全确定的位置和动量.对一确定的时刻,尽管在宏观世界里能量是守恒的（它既不能创造也不会消失）,但是在亚原子量子领域里这个定律就失效了.能量可随时自发出现无法预言的变化.所考虑的时间间隔越短,这种量子随机涨落就越大.实际上,粒子可以从我们不知道的某个地方借来能量,只要这份能量马上归还就行.海森伯不确定原理的准确数学形式要求大宗的能量借贷必须很快归还,而少量的借贷则保留较长的时间.
能量的不确定性会引出一些奇怪的效应,诸如光子那样的粒子可以突然从虚无中生成,不过过后它又马上再度消失,出现这种现象的概率便是上述奇怪效应中的一种.这种粒子依靠借来的能量,因而也是依靠借来的时间得以生存.我们看不到它们是因为它们只是闪电般地一现即没,但是又确定在原子系统的特性中留下它们曾存在的痕迹,而这些痕迹是可以测量的.事实上,通常认为的真空确实充满着川流不息的一群群这类瞬时存在的粒子,它们不仅有光子,还有电子、质子和别的所有粒子.为了把之中瞬时离子与我们比较熟悉的永久粒子相区别,前者称为“虚”粒子,而后者则称为“实”粒子.
[《宇宙的最后三分钟》第三章 《最初三分钟》 第 23-24 页 保罗·戴维斯 著 上海科学技术出版社出版 1995年9月第1版 ISBN 7-5323-3660-3/P·34]
真空是不稳定的,处于高能级上的量子总要向低能级跃迁,这就是真空衰变的本质.请看以下描述：
1980年,物理学家西德尼·科尔曼(Sidney Colemam)和弗兰克·德卢西亚(Frank De Luccia)发表了一篇新奇的文章,它以平淡无奇的标题“引力效应和真空衰变”刊登在《物理评论》杂志上.他们所指的真空不仅仅是空无一物的空间,而且是量子物理的真空态.在第三章我已经解释过,在我们看来也许是空无一物的真空,实际上怎样沸腾着极短暂的量子活动,幽灵般的虚粒子出现、传播又再次消失,就像是一场随便闹着玩的游戏.前面已经提到过这种真空状态也许不是唯一的,可以存在多种量子状态,每一种看上去都像是空无一物,但却不同程度地经历着量子活动,与此相联系的就有不同的能量.
高能态往往要向低能态衰变,这是量子物理学中一条完全确证的原理.例如,一个原子可以取一定范围内的若干种激发态,但这些激发态都是不稳定的,原子会力图向最低能态即“基”态衰变,这个基态才是稳定的.同样,一种激发真空态也会力图向最低能态即“真”真空态衰变.……
目前通常假定,宇宙的现有状态对应着真真空态.这就是说,在所有可能的能态中今天的空间是最低能量的真空态.但是,对于这一点我们有把握吗?科尔曼和德卢西亚考虑了一种令人恐惧的可能性,即现在的真空态实际上也许不是“真”真空而是一种有相当长寿命的亚稳态,这也就是另一种伪真空,它一直在以一种伪装的安全感哄骗我们,因为它已经延续了几十亿年.我们知道许多量子系统.如铀核,它的半衰期为几十亿年.能够想象现在的真空态会属于这一类型吗?科尔曼和德卢西亚在文章中所提到的真空“衰变”涉及到一场大灾难的可能性,即现在的真空态也许会突然终止,把宇宙扔进一个更小更低的能态,同时给我们（以及所有别的事物）带来悲惨的结局.
以下是关于发生真空衰变时的物理描述：
科尔曼和德卢西亚用数学方法对真空衰变进行了模拟,以找到这种现象出现的方式.他们发现,衰变开始出现时的空间位置是随机的,它表现为一个“真”真空小泡,四周被不稳定的“伪”真空所包围.这个小泡一旦成核,就很快的膨胀,膨胀速度迅速趋进光速.越来越大的伪真空区域被它所吞灭,同时转变成真真空.在第三章中我曾讨论过,这两种状态的能量差也许会达到非常大的程度,它集中在泡壁上,并扫过整个宇宙,同时也把它在前进道路上所遇到的一切事物统统毁灭掉.
[《宇宙的最后三分钟》第十章 《暴卒与再生》 第 102 页 保罗·戴维斯 著 上海科学技术出版社出版 1995年9月第1版 ISBN 7-5323-3660-3/P·34]
真空衰变意味着一切物质都会被蒸发掉,宇宙将产生暴缩,塌缩成一个时空奇点,一切东西几乎立刻湮灭,所有的一切将不复存在,宇宙将终结于此.