請問如何通俗理解真空衰變?

時間 2021-06-05 05:27:07

1樓:

偽真空-英文維基

按照這上面的說法,真空衰變的意思是說,我們現在所處的真空不是能量最低的,也就是說不是真正的真空,它會慢慢衰變到真正的真空去。

那麼首先就有乙個問題:什麼是真空?按照通俗的說法,真空就是什麼都沒有:

沒有分子、原子、質子、電子,沒有一切基本粒子。而組成物質的基本粒子,按照場論的理解,是一些激發;而真空就是沒有這些激發,處在能量最低態。所謂激發,是指輸入了一些能量之後,多出來的那些態。

比如,乙個湖面,它的能量最低態是水面很平、沒有波瀾的狀態;而給它輸入一些能量,比如投一塊石頭,它就會多一些漣漪。如果把真空比作平靜的湖面,那麼各種基本粒子就是它上面的漣漪。

(或許也可以用凝聚態來模擬:真空就好比固體的基態,而像電子、空穴這些激發,就是在這種「真空」中的「基本粒子」。)

總之,真空的定義是能量最低的狀態。那麼這樣一來,就產生了乙個很自然的問題:這套理論是符合現實世界的嗎?

比如說,在實驗中,如果我們把所有粒子都去掉,留下來的那個狀態,真的是能量最低態嗎?其實不一定。還是用剛才那個湖的例子。

現在我們假設,那不是別的湖,正是長白山天池()。如果我們是很小的浮游生物,這片湖就是我們已知的所有世界;那麼對我們來說,把湖面看作真空,是足夠描述我們所有已知的事實的。但是可惜的是我們比浮游生物大得多,我們明明知道天池海拔兩千多,而大海才是能量更低的狀態。

如果世界上的運動都趨向於讓能量更低,那麼天池裡的水遲早應該全流到海浬(???),對應著從乙個「偽真空」衰變到真正的真空。

但是我們知道天池不會流進大海,因為它周圍環山,而水是不會自動翻過山的。真空衰變也是這樣:從「偽真空」到真的真空,要翻過乙個能量的勢壘。

總之麼,真空衰變就是指:從乙個能量比較高的「偽真空」慢慢變成乙個能量更低的真·真空的過程。這個過程會很長,在整個人類的有生之年基本是不會有什麼影響的;而就算變過去了,也不意味著物理定律一定會變得面目全非——比如說,長白山天池的小漣漪和太平洋裡的海嘯的區別其實也沒那麼大()。

2樓:漁舟唱晚

這個問題我試著回答一下吧。我姑且說之,你姑且聽之,說錯了,就當聽個熱鬧,不用太當真

我們通常所謂的真空其實並不真的空,從物理學上看,就算我們把空間中的所有物質都去除掉,空間中依然還有電磁波的存在,也就是說,此時的空間中依然殘留著光子等非物質粒子。而即便我們把這些非物質粒子也給去除,實現了真正意義上的真空,空間中也依然殘留著某些能量,這些無法清除的殘留在空間中的能量,就是所謂的「真空能」。而我要說的這個真空衰變就與真空能有莫大關係。

我們知道,水在不同的溫度下會表現為不同的狀態,溫度高了變成了水蒸氣,溫度低了凝結為冰,這種物質狀態發生改變的現象,我們將其稱之為「相變」。而就像水的相變一樣,真空狀態也有可能變成截然不同的形態。

還是以水作為例子。水會沿著地勢從高處向低處流動,這是因為,在我們生活的世界中,萬物都傾向於處於最低的能量態,同樣的道理,水之所以會凝結為冰,也是因為低於0℃時,水分子之間有規則的連線在一起,這樣的能量也較低。研究認為,這種向著低能量態轉變的趨勢,同樣適用於真空能。

好了現在的問題就簡單了,那就是我們宇宙中現在的真空能是處於最低能量態嗎?

2023年,通過歐洲大型強子對撞機,科學家發現了希格斯玻色子,這種基本粒子賦予了其他基本粒子以質量,不僅如此,它還對真空的性質有著極大的影響。實驗發現,希格斯玻色子的質量大約為126GeV,也就是1260億電子伏特,這個質量要比科學家之前通過理論所預言的要更大一些。那麼為什麼會如此呢?

我也不知道,總之這種差異的存在,使物理學家認識到,現在的真空可能並不是所有狀態中能量最低的真空。也就是說,現在的真空是所謂的「偽」真空,而事實上,或許存在著能量更低的「真」真空。這就意味著,我們現在宇宙中的真空也會像水結冰那樣,變成能量更低的真真空,這種真空狀態的變化就是所謂的真空衰變。

——————休息夠再更

如果發生真空衰變會怎樣呢?

一旦發生真空衰變,宇宙的物理定律將被徹底重寫,其所引發的結果就是,包括單個原子在內的,構成這個世界的所有物質,都將土崩瓦解,一切歸零。

而現在的真空之所以還沒有發生衰變並保持穩定的狀態,有觀點認為其原因在於,目前的真空與真真空之間存在乙個「能量山峰」,這座能量山峰非常高大,我們必須給現有的真空增加能量,才有可能將其跨越,轉變為能量更低的真真空,而到目前為止,這樣的能量加持還沒有出現。

事實上,在歐洲大型強子對撞機建造的時候,當時希格斯玻色子雖然還沒有被發現,人們也沒有確定真真空的存在,但真空衰變的基本構想已經形成,於是很多人就提出了反對意見,反對的理由並不是錢多錢少的問題,而是認為對撞機的實驗,將為真空提供乙個足夠大的能量,助使其跨越能量壁壘,對撞機啟動之時,便是世界末日來臨之際。

好在人們的擔心最終並沒有成為現實,在LHC中,質子對撞釋放的能量高達13TeV,也就是13萬億電子伏特,如此之高的能量尚且不能引發真空衰變,我們也就不用擔心人類的其他活動了,另一方面,高能宇宙射線的能量要比LHC生猛得多,它們在地球周圍,每時每刻都在與大氣中的分子相撞,但即便如此,直到今天,地球和這個宇宙也沒有被真空吞噬。由此可見,要想跨越這座能量山峰,所需的能量必然是極其巨大的,有人估計,要想人為造成真空衰變,就必須有超越地球規模的,異乎尋常的加速器。從這個角度來看,如果存在地外高等文明的話,他們或許也沒到達到這一能力,這可以讓我們感到稍微安心一點,不過,也或許他們已經達到了,只是在控制自己的實力,同時防止這樣的加速器落入滅霸之手。

但是,為什麼一定就要跨越山峰呢?在現實生活中,一座山太高了路修不過去,通常的解決辦法就是開個隧道,而在量子世界中,這也是乙個很好的解決方案,所以,借助於量子力學的隧穿效應,即使無法直接跨越能量山峰,真空衰變也有可能發生。

請問如何通俗的去理解量子力學中簡併 Degeneracy 這個概念?

蠢萌噠偵探 簡併其實就是 一對多 的意思,簡併度的大小就是 一對幾 的問題。比如統計物理中最愛說的乙個概念叫 非簡併條件 這裡的簡併指的就是體系有幾個粒子處於同一量子態。通俗點說就像同乙個家庭有幾個孩子,如果有不止乙個,就可以說是 簡併 手機碼字,寫得亂的話見諒。能問這個問題目測題主不是物理專業的吧...

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