真空不空 宇宙或正在新旧更替 人类何去何从?

真空不空 宇宙或正在新旧更替 人类何去何从?

文/伊元(明慧之窗记者周慧文编辑)

科学家们发现,我们的宇宙中所谓的真空,很可能是假真空。假真空衰变为真真空,会引发宇宙相变:原有宇宙突然死亡,从而诞生一个新宇宙。或许我们的宇宙正处在新旧更替中。那么,作为人类的我们,该何去何从?

「大冻结」和「大坍缩」

宇宙学研究发现,宇宙也有终结之日。宇宙的死亡方式有四种:大冻结、大坍缩、大撕裂、真空衰变。

物理学认为宇宙起源于138亿年前的一次奇点大爆炸。这个奇点极小,密度和能量极大,温度极高,爆炸后急速膨胀,能量、密度、质量、温度迅速下降。大爆炸后的0.01秒内形成了中微子、夸克、轻子、胶子,以及质子和中子;38万年时出现原子和分子;然后逐渐形成星球、星系以及我们现在的世界。

爱因斯坦在提出广义相对论前认为宇宙是静态的。广义相对论认为由于万物相互引力的作用,宇宙在收缩。为了保持宇宙静态模型,爱因斯坦在引力场方程中加了个用以抵消引力的「宇宙学常数」。

一九二九年,哈勃望远镜观测到宇宙中大部分星系的光谱都出现了远离银河系的红移现象,说明宇宙在持续膨胀,这否定了爱因斯坦的宇宙静态模型观点,「宇宙学常数」成为爱因斯坦一生中「最大的错误」。

根据热力学第二定律,物质的能量不能从低温传向高温,随著宇宙膨胀,宇宙中一切物质将达到熵值最大,也就是热平衡的热寂状态。届时,宇宙所有的物体之间没有任何温差,能量不能流动,整个宇宙将以「大冻结」的方式解体死掉。

但根据爱因斯坦的引力场方程,大冻结是可以被制止的。把宇宙比作一颗巨大的瓜,如果当宇宙中的重子物质与光子等「瓤」总量足够多的时候,意味著宇宙中物体之间的引力变大,达到一个临界点,向内引力将会抵消掉向外膨胀拉力。如果「瓤」大到超过临界值,宇宙开始收缩、变小,温度上升,密度加大。最终,宇宙迎来终极压缩的命运——「大坍缩」。

宇宙到底会大冻结,还是大坍缩?研究结果发现,宇宙的「瓤」正好处于大冻结和大坍缩的临界值。

大爆炸理论下宇宙的演化图解。图中宇宙以二维呈现,第三维度是时间,向右是时间流动的方向。

神秘的暗能量:大撕裂的推手

一九六五年,两位美国贝尔实验室的工程师彭齐亚斯和威尔森发现了宇宙微波背景辐射,为宇宙大爆炸理论提供了证据。一九九八年,美国物理学家索尔・伯尔马特、布莱恩・施密特与亚当・里斯通过观测Ia型超新星的亮度变化与地球距离的数据所刻画出的红移量,发现宇宙正在加速膨胀。

这让全世界为之震惊。因为宇宙中的「瓤」物质处于临界值,谁是宇宙加速膨胀的幕后推手?科学家们认为宇宙中一定存在著一种神秘诡异的力量——暗能量,正推动宇宙加速膨胀。

暗能量到底是什么?没有人能知道,但人们发现不能把它定义为任何形式的物质和场,而且暗能量的密度不随著时间和空间的变化而变化,它是一个常数。人们发现,当年让爱因斯坦懊悔的那个「宇宙学常数」正好可以在引力场方程中被描述为暗能量。「宇宙学常数」又起死回生了,人们不得不佩服爱因斯坦的超强预见性。

暗能量占据了整个宇宙69%的份额。暗能量的怪异还在于它的密度保持不变,这就意味著,当宇宙不断加速膨胀时,必须要有越来越多的暗能量产生,才能跟上不断加速膨胀的宇宙空间,从而保持其密度不变。

接下来的可能性是,如果从某个时刻开始,暗能量的增加速度超过了宇宙本身的膨胀速度会如何?美国达特茅斯学院的罗伯特・查得威尔认为,答案是「黑暗终将胜利」,暗能量像无形的幽灵一样将撕裂银河系,短短几分钟内,地球将会被撕裂。一直撕到最微观粒子,撕无可撕。这就是「大撕裂」。

上述三种方式是宇宙的自然死亡,下面的情况则属于宇宙的非正常死亡。

韦伯太空望远镜拍摄到的、迄今为止宇宙最遥远、最清晰的红外图像,该图像被命名为「韦伯的第一张深空照片」。

真空不空

能让宇宙发生意外终结的恰恰是我们认为什么都没有的真空。这涉及一个话题,真空到底空不空?

假如把宇宙中所知道的一切物质,比如重子物质、辐射、引力场、电磁场、希格斯场、中微子等全部清零,似乎什么都没有了吧,但发现这时真空本身在任何时候总是自带著一份非零的能量,称为真空零点能。

这里的零点能指的是系统达到最低状态时的能量。比如秋千在静止时,动能为零,但它仍存在一个离地面高度产生的势能。

零点能的理论支持是量子力学里著名的「海森堡不确定性理论」。该理论认为,你不可能同时确定一个粒子的位置和速度,比如,当一个粒子处于完全静止的绝对零度时,就违背了海森堡不确定性理论,换句话说,粒子在绝对零度时也会有些微震动。

真空零点能是如何产生的呢?一九二八年,英国物理学家保罗・狄拉克提出了「狄拉克之海」真空模型。从现代量子场物理视角来看,宇宙是由各种场和粒子构成的,真空中也充满了我们目前还观测不到的虚粒子场(虚粒子不是不存在,是相对于实粒子而言,实粒子指人类目前能检测到的粒子),虚粒子场中的粒子呈「虚粒子-反虚粒子」对状态。

这些虚粒子对的激发产生,可以理解为从真空中借来能量,然后又以「物质-反物质」的形式瞬间湮灭,将能量还给真空。真空中不断有各种虚粒子对的产生、湮灭和相互转化的现象,这就是「真空涨落」,也被称为「量子真空涨落」。

如此,真空实际不空,而且还非常喧闹,蕴藏著能量。人们形容真空蕴藏的能量为「狄拉克之海」。虽然这些虚粒子是不可观察的,但它们绝不是虚幻的,如果有足够的能量就可以让它们「现形」。可以说哪里有物质,哪里就有狄拉克之海,我们观察到的宇宙,就好像漂浮在狄拉克之海之上。

一九四八年,荷兰物理学家卡西米尔提出证实真空零点能的方案,叫卡西米尔效应,这个效应随后被证实,真空的确存在不为零的能量。那么,狄拉克之海就是暗能量吗?还不能这么说,因为都不能被我们观测到。

宇宙非正常死亡:真空衰变

如果真空零点能真的处于能量最低的状态,我们叫做真真空,这时的宇宙是安全的。但如果真空零点能并非处于能量最低的状态,我们的宇宙就是处于假真空状态中,这种状态是不稳定的,因为假真空迟早要衰变到真真空,那就会发生宇宙相变。

所谓的相变,就是物质从一种形态转换到另一种形态,如水加热到沸腾会汽化。宇宙在138亿年前发生大爆炸时的1秒钟内,曾发生过席卷全宇宙的相变,导致四种基本作用力——引力、电磁力、强核力、弱核力是从一个「统一场」中相变出来的。

打个比方,如果一块巨石的位置目前是在山谷底部,那么石头是稳定的,这好比是真真空状态,但如果石头是处在半山腰,只不过被树枝挡住了,这好比是假真空状态,如果有风吹雨打,石头很可能会往山底滚落,这好比是真空衰变。真的发生真空衰变,那我们的宇宙就极度的不安全,要发生相变。

我们的宇宙到底是真真空还是假真空?这个问题目前无解。探测宇宙稳定性最好的方法就是判断希格斯玻色子的质量。科学家观察到,现在希格斯玻色子处于稳定与不稳定之间的「亚稳态」,即现在是稳定的,但在一些情况下,真空衰变会被触发,从而引起宇宙相变。

真空相变会从宇宙某一角落开始,然后以光速向外扩散,横扫整个宇宙,人类无法幸免。原有的宇宙会突然间死亡,从而诞生一个新宇宙。但新宇宙什么样子?科学家们非常茫然,认为有可能只是和原有宇宙有些微变化,但也有可能是一个全新的宇宙,和旧宇宙完全不同,充满了新的粒子和场,但没有任何生命在其中可以诞生。

有人认为,说不定真空相变已经在遥远的地方发生了,只是还未传到人类可观察的宇宙范围而已。

人类若能葆有善良的本性,敬畏天地、神灵,不随波逐流、不助纣为虐,或许能走过劫难,进入新宇宙。

宇宙正处于末法末劫 面临净化

现代物理学和宇宙天文学对宇宙消亡的认知,与传统文化的宇宙末法末劫观在某种程度上有著相当大的公约数。佛家认为人有生老病死,宇宙有成住坏灭空,天地一成一败为一劫。一劫大约是多少年呢?10的140次方年。

有人认为,我们的宇宙才138亿年,连一劫的零头都不够。可是别忘了,佛陀境界的宇宙可是远远超出人类的可观测宇宙范围的。那里的宇宙或是人类所猜测的平行宇宙、多重宇宙,更或是人类无法了解到的宇宙体系。

相比科学,传统文化对宇宙的认知不仅有物质层面上的,还有精神与意识层面上的。比如,佛家指出的宇宙末法末劫乱象,目前在人类都已得到验证:世人道德大滑坡,世间善恶不分、黑白颠倒,人们唯利是图、无恶不作,天灾人祸频发,战乱与瘟疫肆虐地球……

人类将何去何从?世界各地古老的预言都在说,创世主此时将下世净化宇宙、拯救人类与万物苍生。无论如何,人类若能葆有天性的善良,守住良知的底线,敬畏天地、敬畏生命,不随波逐流、不助纣为虐,或许能走过劫难,进入新的宇宙。

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明慧网原文:
明慧期刊:明白(第九八期) https://qikan.minghui.org/qikan.aspx?id=210041

(本文图片来源:明慧网)

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