我們能創造一個新的宇宙嗎
來源:新浪科技
發布時間:2021-08-17
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  有些人的夢想是創造嬰兒(er) ,有些人的夢想則更加宏大,那就是創造嶄新的宇宙。他們(men) 是認真的嗎?是的,而且很認真。那麽(me) ,這真的有可能嗎?怎樣才能創造一個(ge) 新的宇宙?如果他們(men) 真的創造出了一個(ge) 新宇宙,對於(yu) 地球和人類又意味著什麽(me) ?

  乍一看,創造一個(ge) 新宇宙似乎根本就不可能,因為(wei) 我們(men) 必須考慮物質從(cong) 哪裏來的問題。組成新宇宙的物質如果不是來自舊宇宙,又能來自哪裏呢?然而,按照阿爾伯特·愛因斯坦的理論,創造一個(ge) 新宇宙其實並不需要很多東(dong) 西。沒錯,提到宇宙,我們(men) 總是繞不開這個(ge) 人。

  首先,愛因斯坦給出了一個(ge) 著名的等式,E=mc^2,指出質量實際上可以用來度量物質本身的能量。但更重要的是,愛因斯坦還告訴我們(men) ,空間是動態的:它可以彎曲,也可以膨脹,而且會(hui) 隨時間而變化。如果空間隨時間變化,那麽(me) 能量就不守恒。

  能量不守恒最簡單的例子便是宇宙常數。宇宙常數正是宇宙加速膨脹的原因,與(yu) 能量密度即單位體(ti) 積的能量有關(guan) 。顧名思義(yi) ,宇宙常數是一個(ge) 常數,但如果單位體(ti) 積的能量是恒定的,那隨著體(ti) 積增加,總能量也會(hui) 隨之增加。這意味著,一個(ge) 不斷膨脹的宇宙可以從(cong) 虛無中獲得大量的能量——如果你有辦法使空間膨脹的速度足夠快的話。這聽起來很瘋狂,但確實是愛因斯坦廣義(yi) 相對論的原理。能量就是不守恒的。

  那麽(me) ,即使不需要很多物質,我們(men) 又如何創造出一個(ge) 膨脹的微小宇宙呢?讓我們(men) 先來了解一下我們(men) 所處的宇宙誕生時的條件。

  這裏有一個(ge) 小問題,那就是沒有人真正知道宇宙最初是如何誕生的。關(guan) 於(yu) 宇宙的最初時刻有很多不同的理論,但沒有一個(ge) 得到了觀察結果的支持。不過,有一個(ge) 理論在天體(ti) 物理學家中十分流行,那就是所謂的“永恒暴脹”(eternal inflation)。當然,我們(men) 並不知道這個(ge) 理論是否正確,但可能性是很大的。

  在永恒暴脹中,宇宙是由“偽(wei) 真空”衰變而產(chan) 生的。在量子場論中,偽(wei) 真空假說認為(wei) 當前宇宙的真空並不處於(yu) 最低能量的狀態,可能還存在能量更低的狀態。如果確實如此,那麽(me) 現在的宇宙遲早會(hui) 衰變至真真空狀態,即能量最小的狀態。你不能從(cong) 真真空中獲得能量,它是穩定的,一直就在那裏。而且,由於(yu) 真真空的能量最小,它也就不能用來做任何事情。

  偽(wei) 真空是暫時看起來像真真空的狀態,但最終它會(hui) 衰變成為(wei) 真真空,釋放出剩餘(yu) 的能量,而且這些額外的能量會(hui) 進入其他東(dong) 西。例如,如果你往牆上扔一塊果凍,它會(hui) 在上麵停留一會(hui) 兒(er) ,然後再掉下來。當果凍粘在牆上的時候,就像一個(ge) 偽(wei) 真空狀態,是不穩定的;偽(wei) 真空衰變為(wei) 真真空的過程就好比果凍掉到地上,會(hui) 濺得到處都是。

  那麽(me) ,這和宇宙的形成有什麽(me) 關(guan) 係?想象一下,當存在大量偽(wei) 真空時,如果其中有一小塊區域衰變成真真空,會(hui) 發生什麽(me) ?真真空的能量更低,但壓力更高。如果壓力更高,那它就會(hui) 膨脹。我們(men) 的宇宙就是這樣開始的。理論上,我們(men) 可以在實驗室中重現這種情況。你“隻需要”創造出這種偽(wei) 真空狀態,其中一部分會(hui) 衰變為(wei) 真真空。如果條件合適的話,真真空會(hui) 迅速膨脹。當真真空膨脹時,它就創造了自己的空間;它會(hui) 不會(hui) 擴展到我們(men) 的宇宙中,並製造出一個(ge) “泡泡”。

  隻有當原始的偽(wei) 真空具有足夠的能量或質量時,宇宙才有可能產(chan) 生。那麽(me) ,多少才是足夠的呢?這取決(jue) 於(yu) 物理學家尚不確定的某些模型參數,但在最樂(le) 觀的情況下,可能大約是10千克。也就是說,創造一個(ge) 新宇宙所需要的偽(wei) 真空可能隻有10千克。

  但是,如何創造10千克的偽(wei) 真空呢?沒有人知道。如果你是一個(ge) 火箭科學家,10千克聽起來可能不算多;但對粒子物理學家來說,這是一個(ge) 可怕的數字。即使是目前最大的粒子對撞機——大型強子對撞機(LHC)——所能產(chan) 生的質量當量隻有10的負20次方克。如果碰撞的是較大的原子核,而非質子,這個(ge) 質量還可以提高幾個(ge) 數量級。對高能物理學家而言,10千克絕對不是在有生之年能研究出來的質量規模。所以,可以肯定地說,在短期內(nei) 沒有人可以創造一個(ge) 新的宇宙。

  不過,如果你相信偽(wei) 真空理論,也認為(wei) 原理上確實可以創造出一個(ge) 新宇宙的話,我們(men) 應該怎麽(me) 處理這些宇宙呢?

  情況很可能是,這些小宇宙和它們(men) 的母宇宙之間並不會(hui) 長久保持聯係。這種聯係就像蟲洞的“喉嚨”部位,十分不穩定,可能會(hui) 在幾分之一秒內(nei) 崩斷。因此,在你創造出這些宇宙並觸發其成長之後,它們(men) 可能會(hui) 在一瞬間就突然消失。此時從(cong) 外部看,它們(men) 很像是微小的黑洞。

  順便說一下,這種情況可能一直在發生,即使沒有粒子物理學家的參與(yu) 。由於(yu) 我們(men) 並沒有真正理解空間的量子性質,因此,有些人認為(wei) 空間確實產(chan) 生了很多量子漲落。這些漲落發生在距離極短,以至於(yu) 我們(men) 無法看見的地方,它們(men) 可能時不時就會(hui) 創造出一個(ge) 這樣的微小宇宙。


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