【科普】什麼是「真空衰變」？真空衰變是如何毀滅宇宙的？

2023/02/16

物理描述科爾曼和德盧西亞用數學方法對真空衰變進行了模擬，以找到這種現象出現的方式。他們發現，衰變開始出現時的空間位置是隨機的，它表現為一個「真」真空小泡，四周被不穩定的「偽」真空所包圍。這個小泡一旦成核，就很快的膨脹，膨脹速度迅速趨進光速。越來越大的偽真空區域被它所吞滅，同時轉變成真真空。這兩種狀態的能量差也許會達到非常大的程度，它集中在泡壁上，并掃過整個宇宙，同時也把它在前進道路上所遇到的一切事物統統毀滅掉。

真空小泡引力效應一個經典的場論具有兩個穩定的基態，其中一個是絕對的能量最低態。如果把這個場論量子化以后，那麼能量相對較高的基態可以看成一個偽真空，由于量子隧穿，這個偽真空是不穩定的。這個偽真空會衰變到真正的真空，如果考慮引力在這個過程中的作用，我們會發現跟我們當初想象的不一樣，引力的效應通常是不可以被忽略的，尤其是在衰變結束的時候，會變的非常重要。這個重要的工作是 S. Coleman 和 F. D. Luccia 完成的。偽真空的衰變非常類似于統計力學中的結核相變過程。衰變過程開始時，偽真空的背景中產生了真空（我們把真實的真空稱為真空）的泡泡，就像水沸騰的時候產生了許多氣泡一樣，在這里這是一個量子隧穿過程。當真空泡泡物質化以后，它的膨脹速度漸近趨向于光速，整個偽真空被覆蓋成為真正的真空。當然在半經典極限下，單位時間單位體積內，發生這種隧穿過程的幾率是被指數壓低的。