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上帝粒子(上帝粒子决定宇宙末日)

粒子,宇宙,稳定上帝粒子(上帝粒子决定宇宙末日)

发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

“上帝粒子”是物理学上一种叫希格斯的粒子的俗称。这种粒子在理论上非常重要，所有构成物质的基本粒子都是靠它获得质量的。

2012年7月，欧洲核子中心的科学家宣布，他们在大型强子对撞机上发现了疑似希格斯的粒子。经过一年多的后续研究，现在他们越来越确信，新粒子就是物理学标准模型所预言的“上帝粒子”。譬如它的自旋、衰变行为都基本与理论预言相符。当然，更多的特征还有待验证，所以谨慎的科学家们至今还称其为“疑似希格斯粒子”。

遗憾的是，强子对撞机为了检修和提高能量，2013年关闭了，估计到2015年才能重启，这样一来，进一步的确认工作就要推迟到2015年之后了。这也意味着提出“上帝粒子”的理论家们，要想在今明两年获诺贝奖看来是没戏了(他们中有几位已经快奔九了)。这倒给诺贝奖委员会解决了一个难题，因为目前有资格获奖的人共有6位，可诺奖有个规定，一个奖项不能同时授予3个以上的人。要是再等上几年，时间就自然把这一难题给解决了——也许这种想法有点残忍。

不过这是玩笑话，你可不要当真，让我们还是来谈点严肃的事情。什么事情最严肃?当然是世界末日。好，咱们就从世界末日谈起，因为最近有物理学家声称，目前这个“疑似希格斯粒子”有可能预示着我们的宇宙将会毁灭!

太吓人了吧!不要摧残我们的神经好不好?

不是摧残大家的神经，是科学家的理论这样预言的，下面我们就简单介绍一下这一骇人的理论。

真空的两种状态

假如你有一块质地比较硬的塑料布，皱巴巴地晾在露天的院子里，一阵雨过后，你会发现，塑料布下陷的坑洼里，积满了水。坑洼深浅不一，中间因被凸起隔着，水不会聚到一处。但倘若一阵风吹来，塑料布晃了几下，那你就会看到，浅坑的积水会往低处的深坑里流。没了积水，浅坑就渐渐平复了。

上述现象用物理学家的话来说就是，浅坑处于亚稳定状态：从局部看，浅坑的能量(此处指势能)是最低的，但从全局看，却不是最低的，——深坑处才是能量最低，最稳定的。亚稳定状态倘若没受到扰动，会长久存在下去，但要是受到足够大的扰动，比如被风一吹，很可能就崩溃。此类例子还有山坡上的石头，要是不去动它，它蛮可以这样存在下去，但倘若受水流的冲击或者地震摇动，那它在山坡上就待不住了，必定滚到山谷去。

与此类似的是，早在1980年代，有科学家就提出，真空也可分为亚稳定和稳定状态。人们把处于亚稳定状态的真空叫“假真空”，而把处于稳定状态的真空叫“真真空”。

你也许会问：真空里不是什么都没有，按理始终是能量最低的，怎么还有稳定、亚稳定之分呢?

这是因为，根据现代物理学的观点，“真空里什么都没有”这种看法是错的。事实上，真空里充斥着许多能量场，我们最熟悉的莫过于引力场，在浩瀚的宇宙中，无处不存在引力。我们生活的空间中，除了有尘埃、气体分子之外，还有看不见的电磁场。同理，根据物理学家的看法，与希格斯粒子有关的希格斯场也充斥在整个宇宙空间。以前，希格斯场只是理论上的猜测，但现在希格斯粒子找到了，也就证明了希格斯场的真实存在。

现代物理学还有一个观点，所有的场都存在一种量子，比如电磁场的量子是光子，引力场的量子是引力子，而希格斯场的量子是希格斯粒子……量子场有三种状态：稳定、不稳定和亚稳定。

考虑到量子场充斥真空，这样真空也就有了稳定、不稳定和亚稳定之分。不过因为不稳定的真空早就崩溃了，所以现实中能够存在的只剩下稳定和亚稳定两种状态，即真真空和假真空。两者的关系就好比塑料布上的深坑与浅坑。真真空当然任何时候都是“不倒翁”;而假真空呢，只有受到足够大的扰动时，才显出其“假”来，倘若没受扰动，也蛮可以一直存在下去。两种状态有时还真不好辨别。

所以尽管我们的宇宙自大爆炸以来已经存在了137亿年，但它处于稳定状态呢，还是亚稳定状态，这可谁也说不上。如果处于稳定状态，那么你好我好大家好，但要是处于亚稳定状态，那可就悬了。就像塑料布下陷的坑洼一样，如果我们的宇宙像深坑，那我们就不用担忧。但如果我们的宇宙是个浅坑呢，倘若一阵风吹来，塑料布晃了几下，我们的宇宙不就完蛋啦?

决定宇宙命运的两个因素

这个问题看来“悬”而又“玄”。悬是因为我们宇宙的命运“命悬一线”，“玄”是因为太玄乎：哪怕真有这么回事，但我们“身在此山中”，怎么能知道宇宙处于稳定还是亚稳定状态?

物理学家还真是神通广大，他们居然可以通过物理学的标准模型来计算出来。但计算中需要涉及许多基本粒子的质量，其中有两个基本粒子的质量长久以来一直没弄清楚，一个是希格斯粒子的质量，另一个是顶夸克的质量，所以事情就耽搁下来了。现在好了，这两个质量都差不多弄清楚了。

根据物理学家的估算，要想保证我们的宇宙处于稳定状态，希格斯粒子的质量下限范围应该在123.8～135.0 GeV(GeV即10亿电子伏，质子的静止质量是0.938 GeV)。也就是说，只要希格斯粒子的质量高于这个下限，那么宇宙就是稳定的。下限本来应该是一个确定的值，但因为迄今顶夸克的质量测得还不够精确，所以现在只能给出一个大致的范围。而2012年测得的希格斯粒子质量在125～127 GeV之间，两者很接近，所以事情看来有些不妙。

由此看来，宇宙究竟处于何种状态，这个问题至今依然悬而未定，还有待于测量出顶夸克的精确质量，才能定下为保证宇宙稳定所需的希格斯粒子质量下限。打个比方，一旦物理学家说下限是124 GeV，而希格斯粒子的质量在125～127 GeV之间，高于这个下限，那么我们就可以放心地说，宇宙处于稳定态;但如果下限是129 GeV，而现在希格斯粒子的质量低于这个下限，那宇宙就处于亚稳定态了。

所以，为了预言宇宙的命运，物理学家接下来还要做两项工作：一是精确测量顶夸克的质量，另一项是精确测量希格斯粒子的质量(精度要达到1%)。

宇宙末日会怎样来临?

大家好像都对世界末日感兴趣——这种好奇心会要人命的!为了满足大家的好奇心，那我们就不妨来想像一下，倘若宇宙处于亚稳定状态，它会怎样毁灭。

设想宇宙某处的假真空受到扰动，变成了真真空，于是一个真真空泡泡就产生了。这个泡泡比周围假真空的能量更低，所以它将不断蚕食周围的空间，就像多米诺骨牌倒下一样。但这个连锁反应将以光速蔓延，直到整个宇宙都转变为稳定态为止。

这真是一个名副其实的“乾坤大挪移”。在这过程中，我们的宇宙从能量较高的亚稳定态转变为能量最低的稳定态，要释放出大量的能量。此外，所有的东西，从原子、分子到恒星、星系，都要统统毁灭，然后在稳定态的新宇宙中重新组合。我们知道，宇宙有好几种可能的毁灭方式，而这种毁灭比起别的方式来，更致命、更彻底。

比如，根据天文观测，宇宙在加速膨胀(这是2011年获得诺贝尔奖的成果)，未来很可能面临“大撕裂”的结局：先是星系团被撕裂成单个的星系，然后星系撕裂成恒星……直到分子撕裂成原子，原子撕裂成亚原子。但不管怎么说，在这种毁灭中，基本粒子不会再被撕裂成别的什么了，统治宇宙的基本规律，比如像真空中的光速、引力常数等基本物理学常数，也不会发生变化。但宇宙要是从亚稳定态演变到稳定态，那就完全不同了，那将是一次彻底的重新洗牌。在稳定态的宇宙里，连基本粒子和基本物理学规律，甚至时空维数都可能完全迥异于亚稳定态的宇宙……而且这种毁灭会在什么时候发生，最先在什么地方开始，原则上都是不确定的，或许现在在某个遥远的地方就已经开始了。

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