真空衰变将以光速毁灭宇宙，唯一的希望在弦理论？

人类总是心存侥幸。

真空衰变是现实中可能真实存在的降维打击。物理学家认为我们的宇宙有可能是不稳定的，真空随时会衰变为更稳定的状态，改变整个宇宙的物理学规律。我们以及我们所知的一切将在瞬间化为乌有。但最近一些科学家在弦理论的基础上进行推导，发现我们似乎还有一线生机。

主流理论认为，我们的宇宙源自“宇宙大爆炸”。而宇宙在诞生之初，经历过一系列剧烈的“相变”。

理论上，宇宙的四大基本作用力：引力、电磁力、强互作用力、弱互作用力，起初是统一在一起的，是一种力。物理学家对这种宇宙终极作用力的特征一无所知，但他们知道，它存在的时间不长。

随着宇宙膨胀冷却，引力首先从这种终极作用力中分离了出来，随后强互作用力也分离了出来，最后另外两种力也各自独立。以人类目前的技术能力，最后两种力的分离甚至是可以还原的。在强大的粒子加速器里，物理学家可以模拟早期宇宙的环境，并用极高的能量，将电磁力和弱互作用力合二为一。

四大基本作用力分离之后，宇宙开始趋于稳定。基本作用力各司其职，基本粒子形成了原子核、原子和分子。然后，恒星出现，行星又从恒星的灰烬中诞生。宇宙138亿年的历史，与宇宙的最初几微秒相比显得平淡无奇。

但是宇宙的稳定可能是一种因为它的漫长而产生的假象。婴儿宇宙发生的每一次“相变”都彻底改变了现实的本质：旧的秩序被彻底抹去，新的作用力和新的粒子出现，取代了原有的一切。这样的事还会再次发生吗？

担忧不无道理，因为科学家发现，我们宇宙的真空其实是不稳定的。

真空是否稳定，与希格斯·玻色子的质量有关。如果真空是稳定的，那么希格斯·玻色子的质量应该是零。但是不幸的是，希格斯·玻色子有质量，虽然很小，但是有质量。

希格斯·玻色子是一个伟大的发现。它渗透在时空的每一个角落，却扮演着极其重要的角色。正是它的存在，使许多基本粒子有了质量。它还区分了电磁力和弱互作用力。在炽热致密的宇宙最初时刻，希格斯·玻色子站在幕后；而当宇宙冷却下来后，它开始获得力量并将电磁力和弱互作用力一分为二。

但是常识告诉我们，宇宙应该是稳定的。如果要发生“相变”，很早以前就应该已经发生了。然而希格斯·玻色子的质量，是一个盘旋在我们头顶的幽灵，它意味着宇宙的稳定可能只是一种“亚稳态”，真空随时都会因为某种诱因而触发新的“相变”，向更稳定的状态衰变。

把这种“相变”称为灾难甚至都是轻描淡写。它可以被随机点上发生的随机量子波动触发。而“相变”一旦开始，就会像气泡一样以光速扩张。气泡外还是我们熟悉的宇宙；而气泡内，物理学规律已经截然不同了。

我们所知的这个世界包括我们自己的存在，都有赖于自然规律的稳定。所以这个基本的约定一旦被打破，一切都会在瞬间消失。

这当然是一种带有高度假想性的推测。对于现实的本质，我们目前所掌握的知识依然是欠缺的。尽管我们可以声称知道了电磁力和弱互作用力融合的原理，但是我们依然不知道，强互作用力是如何和其他作用力融合在一起的。而想要得到一个把引力统一在内的量子学说，依然是一个梦。

不过理论物理学家的思想风暴并不设限。以量子理论为基础演绎出来的“弦理论”是一个很好的畅想工具。尽管无法被证实，弦理论依旧让很多人相信，宇宙的基本结构不是粒子，而是更加微小的，颤动着的弦。

在新研究中，研究人员根据弦理论的一个版本，认为其设想的所谓“非局部效应”，会将宇宙的“相变”消灭在萌芽状态，进而可以让我们免于在瞬间消失。

“非局部效应”指的是时空某处的弦，能够即时影响时空别处的弦，不管它们相距有多远。这种效应听起来有点像弦理论版的“量子纠缠”。

研究人员认为，一旦时空中出现“相变”泡，“非局部效应”就会倾向于使泡的边缘光滑化，而这会导致泡在微观尺度上破裂消散。

也就是说，假如我们的宇宙真的处于“亚稳态”且因为某种原因发生了“相变”，弦理论中的这种效应会阻止“相变”扩散到整个宇宙。

和宇宙再次发生“相变”一样，阻止它发生的原理同样带有高度的假想性。不过在我们理解现实本质的艰难历程中，这样的头脑风暴还是能够让我们获得片刻的惬意。

参考
Fate of the false vacuum in string-inspired nonlocal field theory
https://arxiv.org/abs/2203.04438