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宇宙可能从亚稳态边缘崩溃?这背后的原理与希格斯玻色子有何关系

科学探索万象经验2023-05-08

要开始理解这个问题,我们需要研究能量势,并考虑物理学中的一个核心问题:一个系统总是希望最小化能量。例如,原子结合成分子也是这个原因,通过结合在一起形成分子,原子的组合可以更稳定。在物理学中,最小化系统的能量是理解事物如何工作的关键。

就像原子形成分子以降低系统的总能量一样,粒子也有降低其势能的倾向。一个非常简单的势能图看起来像一条抛物线(如上图),Y轴代表势能,X轴代表势能变化的参数,如位置。在这个势能图中,我们可以发现一个最小势能的位置,如果把一个球放进去,它就会朝着势能的最小值下降。由于只有一个最小值,情况很简单,球会朝着这个最小值前进,最终停留在底部。

一个试图将能量最小化的物理系统总是寻求降到其可能的最小值,但关键是为了做到这一点,它必须克服它们之间的势垒。但如果没有足够多的能量,粒子就无法越过障碍,被困在高能量的最小值上。

量子粒子不是一个小球而是波,它的位置和动量都是不确定的。如果我们看粒子处于较高最小值的情况,那么由于我们不确切地知道动量和位置,我们已经不能确定粒子是否会停留在那里,还是克服势垒进入到较低的最小值。由于这种不确定性,粒子不再处于稳定状态,而是处于亚稳态。在这种状态下,量子隧穿现象可以使其从较高的最小值逃逸到较低的最小值。