饮料吸管里的真空，还能毁灭宇宙？

2000多年前，亚里士多德宣称自然界不存在真空，因为物体会在真空中以不可能的速度运动1277年，法国主教艾蒂安·坦普尔反驳说，上帝无所不能，甚至创造一个真空

之后，一位科学家成功制造了真空德国科学家冯·格赫里希用自制的泵把铜球壳里的空气抽了出来这可能是地球上第一个高质量的真空环境在他1654年的一次展览中，即使是两个马队也无法拉开被真空吸在一起的西瓜大小的两个半球

从此，真空成为物理学的一个基本概念，也是其他理论的基础冯·格赫里希的真空是没有空气，在电磁学意义上，真空是指没有可以让光变慢的介质引力真空是指缺乏能够弯曲空间的物质和能量在不同的例子中，真空的具体含义取决于物理学家想要描述的事物的类型"有时，这就是我们如何构建一个理论."伊利诺伊大学的理论物理学家布莱说

每个真空都有自己的特点，就像物质的不同存在状态一样越来越多的人认为，理解宇宙起源和未来命运的关键可能是仔细考虑这些不断增加的不存在——即真空的类型

"关于真空还有许多未解之谜."加西亚是加州卡夫瑞理论物理研究所的粒子物理学家，他说:我们还不知道多少呢。

到目前为止，对真空的研究得出了一个戏剧性的结论:我们的宇宙可能位于一个劣质的地基上——亚稳态真空，在遥远的未来，它注定会成为另一种空虚，一切都会在这个过程中毁灭。

量子真空

在20世纪，当物理学家开始从实用的角度看待现实世界时，一切都变得不那么简单了:物理量在空间的每一点都有一个值在经典物理学中，场的值在任何一点都可以为零它没有影响力，也不包含能量麻省理工学院的理论物理学家丹尼尔·哈洛说:在经典意义上，真空很无聊，什么也没有发生

但物理学家发现，宇宙中的场是量子的而不是经典的，这意味着它们在本质上是不确定的没有能量完全为零的量子场哈洛将量子场比作分布在空间每一点的一组钟摆，它们的摆角代表了场的值每个钟摆在最低点附近轻微摆动

如果没有干扰，量子场将处于其最低能量状态，也就是所谓的基态或真空态真空实际上是系统的首选状态，加西亚说

我们宇宙中的大多数量子场只有一个基态，在这个基态中它们将永远保持稳定当然，只是绝大多数领域，不是全部

真假真空

20世纪70年代，物理学家开始意识到另一种量子场的重要性它们的值，甚至平均值，都不为零这样的标量场就像许多摆锤以固定的特定角度倾斜，比如10度这个状态可以是基态:当它们稳定时，这些摆趋向于停在这个角度

2012年，实验物理学家在大型强子对撞机上证实了宇宙中存在一个名为希格斯场的标量场在炎热的早期宇宙中，希格斯场的钟摆起初指向正下方但是伴随着宇宙的逐渐冷却，希格斯场的状态发生了变化，就像水变成冰一样，它的摆都偏离了直底，上升到了同一个角度

如果周围有希格斯场，那么真空就不是绝对稳定的场的摆可能有许多亚稳角，它可能从一种状态变化到另一种状态例如，理论家不确定希格斯场是否处于最稳定的状态——真正的真空有人认为，虽然根据研究，希格斯场目前的状态已经维持了138亿年，但它只是暂时稳定，或者说处于亚稳态

如果是这样，那么好景不会永远20世纪80年代，物理学家科尔曼和德鲁西亚描述了希格斯场的伪真空状态是如何衰变的在某个时刻，如果某些位置足够多的钟摆摆动到真正的真空——或者说虚无——所对应的角度更有利于稳定，它们就会把邻居拖到同样的角度，然后这个局部真空就会以接近光速的速度膨胀伴随着真空的膨胀，当前的物理学将被改写，路径上的原子和分子将被消灭

在希格斯场的潜在可变性中，物理学家在近乎无限的方式中发现了真空摧毁一切的第一种方式。

问题越多，真空越多。

当各种场同时存在时，它们会相互作用，影响彼此的钟摆，建立新的公共状态，在这种状态下它们更稳定物理学家将这些真空想象成起伏的能量地球中的凹谷不同的摆角对应不同的能量值，或者说能量地的高度一个场会倾向于减少它的能量，就像一块石头会滚下山一样最深的山谷是基态，但石头可以停在相对较高的山谷里——至少可以停一会儿

几十年前，这片能源之地的数量激增物理学家拉斐尔·布索和波尔津斯基正在研究弦理论，这是描述量子引力的主要数学框架弦理论只有在宇宙是10维的情况下才有效，额外的维度会降低到不可探测波尔斯基和布索在2000年计算出这些额外的维度可以以多种方式折叠每一种折叠方式都会按照自己的物理规律形成独特的真空

弦理论允许大量真空的解释，与将近20年前的另一项发现一致。

20世纪80年代初，宇宙学家提出了一个名为宇宙膨胀的假说，这已经成为宇宙诞生的主要理论该理论认为，宇宙开始于一次快速的指数膨胀，这解释了为什么宇宙如此平滑和巨大但是通货膨胀理论的成功是有代价的

研究人员发现，一旦宇宙膨胀开始，它将继续下去大部分真空会永远向外猛烈爆发只有有限的空间区域才会停止膨胀，变成相对稳定的气泡，由于它们之间的空间膨胀而分离膨胀宇宙学家认为地球就在这些泡泡中的一个

真空多元宇宙

对于一些人来说，我们生活在一个多元宇宙——一个由无数真空气泡组成的世界——的想法令人不安它使任何真空的性质看起来都是随机的和不可预测的，并抑制了我们理解宇宙的能力波尔斯基告诉物理学家兼作家萨宾·霍森费尔德，发现弦理论的真空让他一开始非常痛苦，甚至接受了心理治疗如果弦理论预言了一切可以想象的虚无，是不是意味着预言了一切

对其他人来说，真空太多不是问题，其实这是一件好事，斯坦福大学著名宇宙学家林德说，他也是宇宙膨胀理论的支持者之一这是因为多元宇宙可能已经解决了一个巨大的谜团:我们真空的超低能量

理论家估计，当宇宙中所有量子场集体振动时，能量是巨大的——足以迅速加速空间膨胀，在短时间内将宇宙撕裂但与此相比，实际观测到的空间加速度是极其轻微的，这说明大部分的集体振动被取消了，我们真空的能量有一个很低的正值

在一个孤立的宇宙中，独特真空中包含的微小能量看起来就像一个深奥的谜题，但在多元宇宙中，这只是运气如果太空中不同的气泡具有不同的能量，以不同的速度膨胀，那么星系和行星只会在膨胀最慢的气泡中形成因此，我们和平的真空环境并不比我们星球的可居住轨道更神秘:我们发现自己在这里是因为其他大多数地方不适合生命

不管你喜不喜欢，目前理解的多元宇宙假说是有问题的虽然弦理论似乎允许无数的真空存在，但到目前为止，还没有人发现一个微小的正能量的外维褶皱，它与我们的真空是一致的弦理论似乎更容易产生负能量真空

可能弦理论并不正确，也可能它的缺陷在于研究者还不够成熟去理解它物理学家可能没有找到正确的方法来处理弦理论中的正真空能量这完全有可能，普林斯顿高等研究院的物理学家塞伯格说这是一个热点问题

或者我们的真空本身可能是任意的流行的观点是空间是不稳定的，塞伯格说它可能会衰变，这可能是它的物理理论难以理解的原因之一

这些研究人员怀疑我们的真空不是现实的稳定状态之一，有一天它会振动到更深更稳定的山谷这样，我们的真空可能会失去或产生某种粒子紧密的维度可以展开，甚至真空可能根本不再存在

这是另一种选择，哈洛说一种真正的虚无

真空的终结

物理学家威滕在1982年首次发现了虚无的气泡在研究每个点都有一个额外的维度蜷缩成一个小圆的真空时，他发现量子不稳定性不可避免地使额外的维度振动，有时会将圆缩小为一个点威滕发现，伴随着维度的消失，它带走了一切这种不稳定性会产生一个快速膨胀的真空泡，其镜面般的表面标志着时空本身的终结

这种微小的维度不稳定性长期困扰着弦理论，人们设计了各种组件使其稳定去年12月，几位科学家算出了额外卷曲维度真空的寿命他们考虑了各种稳定方法，但发现大多数机制都不能防止泡沫的产生和膨胀他们的结论与威滕的一致:当额外维度的大小低于某个阈值时，真空就会立即坍缩延伸更复杂模型的类似计算，可能会消除弦理论中这个维度以下的真空

可是，如果有足够大的隐藏维度，真空可以持续数亿年这意味着虚无的理论泡沫可以和我们的宇宙很好的匹配如果是这样，亚里士多德可能比他想象的更正确也许大自然不太喜欢真空在无限的尺度上，它可能根本不喜欢任何东西

原文链接:无的物理如何成为万物的基础

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