弦论能否拯救宇宙于灭顶式的相变？

启蒙于弦论的想法能否拯救宇宙免于崩溃？

（图源：帕谢卡，盖蒂图片社）

我们的宇宙可能从根本上是不稳定的。在瞬间内，时空中的真空可能会找到新的基态，引发宇宙物理学的灾难性转变。

又或者，受弦论启发的新思路表明，我们的宇宙可能比我们之前想象的更稳定。

破碎的宇宙

在大爆炸的最初几微秒内，宇宙经历了一系列剧烈的相变。自然界的四种力——电磁力、引力、强核力和弱核力——曾统一为一种力。物理学家不知道这种力的特征或性质，但他们知道它不会持续很长时间。

随着宇宙的膨胀和冷却，引力最先从其余三个中分离出来。然后，强核力独立了。最后分裂的两种力是电磁力和弱核力。最后一次分裂实际上在实验范围内：在我们最大的粒子加速器中，我们可以重建早期宇宙的条件并（短暂的）获得重组这两种力所需的能量。

从此，一切都趋于稳定。自然界的四种力量至今仍维持着原有的状态。基本粒子结合形成原子核、原子和分子。最终，恒星诞生，行星从灰烬中升起。与大爆炸最初的几微秒相比，过去的 138 亿年简直无聊透顶。

变化多端

但宇宙表面的稳定可能是一种由于其长时间存在而给我们造成的幻觉。其实早期宇宙中发生的每一次相变都完全改变了现实的本质，旧秩序被抹杀，新力量和新粒子出现而取而代之。

科学家可以通过测量希格斯玻色子的质量来评估当前时空中真空的稳定性。希格斯玻色子渗透了所有的空间和时间，它起着非常重要的作用。除了为许多基本粒子提供质量外，它还起到在弱核力和电磁力之间推动楔子的作用。换句话说，在早期、炽热、稠密的宇宙中，微弱的希格斯粒子潜伏于幕后，允许两种力的结合。但随着宇宙冷却，希格斯粒子增强并将两者分开。 （将自然界的其他力量分开的机制是现代物理学研究的一个持续方向。）

很明显，宇宙并不是不稳定的；否则，它很可能早就过渡到新的纪元了。但是希格斯粒子的质量可以帮助我们判断宇宙到底是完全稳定的还是仅仅是亚稳态的 —— 意思是，它暂时是稳定的，直到某些东西导致随机相变。

目前对希格斯粒子质量的测量表明我们是对的：宇宙似乎是亚稳态的，随时可能进入新的相变。

将时空真空相变到新基态的过程描述为灾难性的，这是一种轻描淡写的说法。在某个随机点，随机的量子涨落可能触发相变。从那里，它会像一个不断膨胀的肥皂泡一样扩散开来。在泡沫之外，生命和宇宙将照常运转。但在气泡内部，会出现一套全新的物理定律。

考虑到我们的整个存在取决于自然法则的稳定性——力的排列和已知粒子的数量——如果相变席卷我们，我们就会……消失。

与弦论的结合

不一定。毕竟，这都是高度推测性的物理学。最近发布到预印本数据库 arXiv 的一篇新论文描绘了一种更为乐观的观点。

我们的物理知识是不完整的。与希格斯粒子的结合让我们知道电磁力和弱核力是如何合并的。但是我们还没有找到一个关于强核力如何与其他核力融合的一致、连贯的理论。一个完全统一的力，包括对自然的完整量子描述中的引力，是我们无法理解的。

然而，弦论是一种将所有力统一在一个框架下的尝试。在弦理论中，我们存在的基本粒子被视为微小的振动弦的集合。

虽然弦论尚不完整（有些人认为它永远不会完成），但它确实允许研究人员开发工具来研究棘手的问题，例如可能终结宇宙的相变物理学。

这篇新论文的作者研究了一种包含非局部效应的弦论版本——这意味着空间一个区域中的弦似乎可以瞬间影响空间另一部分的弦，尽管它们距离很远。 （如果你觉得这是一个多么激进的想法，其实它并没有那么牵强：量子纠缠现象也是非局域的。）

研究人员发现，当气泡膨胀时，这个版本的弦论中的非局部效应往往会让气泡壁变得平整。在某些情况下，气泡壁被拉得太长以至于完全溶解。这意味着，如果我们的现实确实是亚稳态的并且经历了随机的相变，宇宙的基本弦物理规律将阻止相变吞没整个宇宙；气泡会在它有机会扩展到微观尺寸之外之前破裂。

这仍然是非常具有推断性的想法，但至少它可以在我们继续了解宇宙基本运作的同时提供一定程度的安慰。

BY:Paul Sutter

FY: zexiblingblingbra

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来源: 天文在线