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额外维度与真空衰变,可能会瞬间毁灭宇宙!

发布时间:2018-10-24 10:35:55  作者:宇宙探索  来源:宇宙探索  阅读:185

    额外维度与真空衰变,可能会瞬间毁灭宇宙!
      这可能是世界终结的方式。
      首先,一对宇宙质子以难以想象的速度碰撞在一起。撞击产生的巨大能量将产生一个微小的、短暂的黑洞,它非常小,只需几分之一秒就会蒸发掉。
      在黑洞刚刚出现的地方,一个与我们居住的宇宙完全不同的物理定律的空间泡泡将开始增长,以光速向外扩张。在它的尾迹中,原子将解体,而我们所知的宇宙将消失。
      “如果你站在附近,当气泡开始膨胀,你不会看到它来了。”位于罗利的北卡罗来纳州立大学的物理学家凯蒂·麦克说。“如果它从下面向你袭来,你的脚在意识到之前就不存在了。”
      只有当宇宙至少有一个额外的维度,在三个空间和一个时间之上,恐怖片段才能发生。
      但这可能是世界终结的方式,至少现在还没有。
      9月13日,芝加哥洛约拉大学的麦克(Mack)和罗伯特·麦克尼斯(Robert McNees)在一篇论文中称,宇宙没有被蒸发的黑洞摧毁这一事实,对额外维度的大小(如果真的存在的话)施加了严格的限制。
      科学家们还没有找到额外维度的证据,这表明任何真实的维度都是微不足道的。但它们的存在可以帮助解释像暗能量和暗物质这样的神秘现象,并为超越粒子物理标准模型的新物理指明道路。因此,物理学家们迫切希望尽可能地探索它们的性质。
    额外维度与真空衰变,可能会瞬间毁灭宇宙!
      物理学家怀疑,即使是微小的额外维度也可能对宇宙产生影响。例如,引力可能会泄漏到这些额外的维度,也许可以解释为什么这种力看起来比其他基本力要弱得多。
      这种泄漏还可能降低产生微型黑洞的门槛,在额外维度影响的微小距离上,引力似乎要强得多。麦克说:“如果你有这些额外的维度,你就不需要在没有额外维度的情况下,在那么小的空间里得到那么多的物质来制造一个黑洞。”
      这就是为什么有些人认为位于日内瓦附近CERN的大型强子对撞机在2008年启动时可能会产生微小的黑洞,但到目前为止还没有出现。
      然而,大自然可以用更高的能量与粒子碰撞。最高的发现是在超高能量宇宙射线中,质子在能量超过80亿电子伏特的星系之间拉链。这是大型强子对撞机产生的能量的1亿倍。如果这些粒子之间的碰撞产生了任何黑洞,那么物理学家可以计算出任何额外维度的引力范围,或者在引力开始变得怪异之前你有多接近物体。
      这种情况有其阴暗面。根据斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在20世纪70年代首次提出的理论,能量从黑洞辐射出去,直到黑洞最终消失。黑洞越小,蒸发的速度越快,所以任何由宇宙射线碰撞产生的黑洞几乎都会在瞬间消失,至少理论上是这样的。
      这对宇宙来说可能是个坏消息。2015年,英国达勒姆大学(Durham University)的理论物理学家露丝·格雷戈里(Ruth Gregory)和她的同事们用数学方法证明,当黑洞蒸发时,它们可以将宇宙推入一种物理定律截然不同、原子不再结合在一起的状态。
      “没有结构可以存在。”麦克说,“我们会眼睁睁地看着自己消失。”
      这场灾难被称为真空衰变。它依赖于这样一种观点,即宇宙的基本性质,即所谓的真空状态,可能不是最稳定的。可能存在另一种物理定律的结构,真正的真空,处于较低的能量状态。
      格雷戈里和她的同事们认为,蒸发的黑洞可以提供所需的撞击,从而产生一个真正真空的气泡。一旦有真正的真空存在,它周围的空间就会想要加入真正的真空。气泡会以光速向外扩张,并带走已知的宇宙。
    额外维度与真空衰变,可能会瞬间毁灭宇宙!
      “黑洞很淘气,”格雷戈里说。“他们真的想播种真空衰变。这是一个非常强大的过程,如果它能继续下去的话。”
      麦克和麦克尼斯意识到,这一套想法导致了一个悖论。麦克尼斯说,超高能量宇宙射线之间的碰撞“应该发生数千次”。如果存在额外的维度,如果它们足够大到足以产生超高能宇宙射线形成迷你黑洞,那么真空衰变就应该已经发生了。事实上,我们在这里想知道它意味着额外的维度,如果他们存在,必须比以前认为的更小。
      麦克和麦克尼斯计算出,任何额外的尺寸都必须小于大约16纳米,即一米的十亿分之一。换句话说,额外维度的引力影响只会延伸到那个程度。这比以前最好的估计要小几百倍,并且排除了一些让引力泄漏到额外维度的理论。
      英国纽卡斯尔大学的宇宙学家伊恩·莫斯(Ian Moss)说,这个分析既有趣又透彻。但是他担心麦克和麦克尼斯对于什么条件会导致真空衰变做了太多的假设。“你不能真的说这些限制是完全令人信服的,”他说。“没什么不对的,但是有太多如果。”