原标题:希格斯波色子让我们免于塌缩

宇宙是会永远膨胀下去，还是会最终塌缩成一个点？

宇宙是会永远膨胀下去，还是会最终塌缩成一个点？发表于今年六月的一篇论文基于一个主流物理学理论得出推论——无限的膨胀是不可能的。这个推论在物理学界掀起了轩然大波。

维也纳理工大学物理学家Timm Wrase表示，“人们对此抱以了极大的热情，因为如果这个推论成立，并在观测中得到证实，那么将非同寻常。”

但是现在，Wrase和他的同事们发表了一个独立研究成果，指出了前述结论中的一个巨大漏洞，这意味着我们尚不能排除宇宙会永远膨胀下去的可能。

我们的宇宙充斥着一种巨大的看不见的与引力相反的力量。物理学家称之为暗能量，宇宙被认为在它的推动下持续地向外扩张着。

但是今年六月一些物理学家在预印本期刊arXiv上发布了一篇论文，宣称暗能量会随时间而变化。这意味着宇宙不会永远膨胀下去，而是会最终塌缩回宇宙大爆炸发生前的大小。

几乎立即，物理学家们发现了这个理论中的问题：多个独立的科研小组相继发表论文，对前述推论加以修正。现在，一篇发表在10月2日《物理学评论》D卷上的论文表明，这个推论是错误的，因为它不能解释希格斯波色子的存在——而希格斯波色子已被位于法国和瑞士边界处的大型强子对撞机证明存在。

即便我们不能在理论上完全排除宇宙塌缩的可能。

弦理论，有时候被称作万物理论，是一个试图将爱因斯坦广义相对论和量子力学统一起来的数学框架，优雅但尚未接受检验。弦理论认为，形成宇宙的所有基本粒子都不是点状的，而是一条条颤动着的一维弦——弦颤动的不同方式，反映到我们眼中，就成了不同的粒子，如光子，电子等。

试图用弦理论来解释宇宙，那么它必须成功地解释暗能量。

想像暗能量是一个球。如果球位于山顶，那么它即便保持静止，但只要稍有触动，就会滚落到谷底，因此它是不稳定的。这就是所谓的“不稳定宇宙”。而如果球位于谷底，那么它既不变化，也不运动，其拥有的能量值位于最低点。我们可以视其位于一个稳定的宇宙中，因为即使用力推动，它仍然会滚落到谷底。

弦理论一直认为，宇宙中的暗能量是恒定的，是不会变化的。也就是说，它就好像位于两个山峰间的山谷里，不会从山顶滚落，也不会随时间而变化。

但今年六月发表的那个推论中，却将弦理论中的这一情形给排除了，认为这样的山峰或山谷并不存在。（在其概念中，我们的宇宙位于海平面之上，而暗能量则在某个点上，拉动宇宙收缩，或推动宇宙解体。）

相反的，该推论认为暗能量之球只会一直沿着山坡向下滚动。与球的高度相对应的，是我们宇宙的暗能量值。因此在此过程中，暗能量会变得越来越小。当球到达海平面以下后，暗能量便会拉动宇宙收缩，回到大爆炸前的形态。

而这里存在一个问题，Wrase表示。

“但是事实上我们已经知道，那种不稳定的山峰是存在的，”他说。因为我们知道存在希格斯波色子。我们也已经通过实验，证明了存在那种位于峰顶之上，也就是存在于所谓“不稳定宇宙”中的希格斯波色子。且它们皆可因极小的触及而被扰动。

哈佛大学的弦理论学家Cumrun Vafa是六月推论的主要作者，他表示，他们的原始推论在描述“不稳定的宇宙”方面的确遇到了困难。而Wrase等人的论文把这种困难展现了出来。但同时他又表示，已有多篇论文对原始推论进行了修正。

然而即便是在修改过的推论中，“我们也无法生活在一个稳定的宇宙中，一切都会发生改变，”Wrase说。修订版的推论认为，山峰可能存在，但稳定的山谷却不存在，他说。（想像一下马鞍）球最终会开始滚动，暗能量会随时间发生变化，他补充道。但“如果推论完全错误，暗能量就会是恒定的，我们会位于两座山峰间的山谷底部，”而宇宙也将持续膨胀下去。

Wrase希望10至15年内，探测器能够给我们提供与宇宙膨胀有关的更为精确的数据，帮助我们搞清暗能量究竟是恒定的，还是变化的。

而Vafa则表示，“未来几年对于宇宙学来说是令人激动的，也是充满希望的，我们将会通过实验证据看到，我们宇宙的暗能量是在变化着的。”

参阅：

https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.98.086004

星空天文系头条号签约作者