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预测宇宙"末日"景象 最多还可存在100亿年(图)

http://www.kexue.com 2013-09-16 10:30:42 凤凰科技  发表评论


宇宙最多还可存在100亿年

  近日研究人员表示,如果已知最重的基本粒子,顶夸克,比之前预想的更重,那么宇宙可能在未来100亿年后终结。如果顶夸克并没有比目前进行的实验预测的更重,那么宇宙可能面临一个更加奇特的命运:无实体的大脑,几乎所有的东西都将随机物质化的存在。

  组成原子核的质子和中子是由基本的粒子,也就是夸克粒子组成。质子和中子是由最轻最稳定的夸克粒子组成:上夸克和下夸克。最重且最不稳定的夸克粒子是顶夸克,目前的实验显示它比质子重184倍。

  微观气泡

  现在,理论物理学家发现如果顶夸克比现在预测的要更重,那么弥漫在真空区的能量有朝一日可能会动摇。“如果真空变得不稳定,我们全部都将死亡。” 研究人员、美国加州理工的理论物理学家肖恩·卡洛尔(Sean Carroll)这样说道。

  首先,微观气泡将出现并影响希格斯场,后者遍及整个空间并赋予粒子,例如电子和夸克质量。然而,这些太空的小气泡会导致希格斯场的能量比现在更低。“这些气泡非常罕见,但一旦它们出现,便会以光速膨胀扩张。”卡洛尔说道。

  如果一个微观气泡撞击地球,那么所有依赖希格斯场的粒子的质量都将忽然改变。“我们所知的物理和化学将变得非常不同,并且可以肯定的是,没有生物能够存活下来。”

  这些气泡可能每隔200亿年出现,相比之下,宇宙只有138亿年历史,这意味着宇宙可能只有100亿年左右的时间存在。这些气泡可能会以更快的速度物质化——可能在明天或者未来几年——虽然这种概率非常低,卡洛尔和他的同事、加州理工学院的金伯利·博迪(Kimberly Boddy)说道。

  无实体大脑

  如果宇宙的未来不是被顶夸克所决定,那么它可能会面临一个更加怪异的命运:被所谓的波尔兹曼大脑所主宰。原则上来说,一屋子的猴子随机敲打打字机上的键盘,最终将产生一套完整的莎士比亚作品。的确如此,任何随机事件,不管听起来如何不可能,只要有足够的时间最终都可能发生。

  另一个听起来极其不可能的可能性便是任何人或者每个人都可能随机的开始存在一整套完整记忆,仅仅利用一团原子——这个观点是由奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann)提出的。他甚至提出宇宙里所有智能思想都可能成为无实体的大脑,拥有一整套完整的记忆,而后者是从混乱波动产生的,而非从相对有秩序的过去以传统方式进化而成。如果每个人的思想都不可信,那么一个人可能永远无法推断他的宇宙模型是否可行。

  宇宙不仅在膨胀,而且它的膨胀速率明显在加速,这很可能是由弥漫在真空的能量驱动的。原则上来说,这种版本的宇宙可能会永久存在,足够温暖以驱赶创造波尔兹曼大脑的随机波动。

  然而,如果顶夸克质量足够大,能够潜在的主宰所有的生命,那么真空的能量将非常低以至于无法避免波尔兹曼大脑这个令人不安的概念。“我们并非在争辩波尔兹曼大脑存在,而是在试图避免它们。”

  为了“引导快速的宇宙末日并避免波尔兹曼大脑的威胁,”顶夸克的质量必须保持在1780亿电子伏左右,也就是质子质量的188倍,卡洛尔说道。这大约比目前对顶夸克质量的估计,也即1730亿电子伏,重3%。“但这个测量仍存在不确定性,顶夸克可能比我们预想的重几十亿电子伏。”

  随着世界上最大最强大的粒子加速器——大型强子对撞机收集更多的数据,研究人员将获得对顶夸克的质量以及潜在的宇宙未来的命运更好的理解。“将实验的某些测量与宇宙未来的某些猜测联系在一起是非常有趣的。”

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