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用铁磁超流体模拟宇宙的假真空衰变

科学探索万象经验2024-01-25

在量子场论中,我们可以用一个势能函数来描述一个场的状态。例如,我们可以用一个简单的抛物线来表示一个自由的标量场,它的最低点就是场的真空态,也就是能量最低的状态。但是,有时候,这个势能函数的形状可能更复杂,它可能有多个极小值,其中一个是全局最小值,也就是真正的真空态,而其他的是局部最小值,也就是假真空态。

假真空态的能量虽然比真空态高,但是它们之间有一个能量势垒,阻止了场的直接跃迁。这样,假真空态就可以暂时地存在。但是,这种状态是不稳定的,因为场总是会受到量子涨落的影响,有一定的概率穿越势垒,从假真空态跃迁到真空态,这个过程就叫假真空衰变。

假真空衰变的过程并不是一下子就完成的,而是通过空间局部的气泡的形成来进行的。这些气泡的内部是真空态,而外部是假真空态,它们之间有一个表面张力。这些气泡一旦形成,就会以光速向外扩张,直到占据整个空间,从而完成假真空到真空的转变。

但是,这些气泡的形成并不容易,因为它们需要有一个临界的大小,才能克服表面张力的阻力。如果气泡太小,它们就会收缩并消失,如果气泡够大,它们就会扩张并吞噬周围的假真空。那么,这些气泡是如何形成的呢?答案是,它们是由量子涨落或者热涨落引起的。

量子涨落是由海森堡不确定性原理导致的,它使得场的值在空间和时间上有随机的波动。热涨落是由温度导致的,它使得场的值在有限温度下有随机的热运动。这些涨落有时候会在某个地方产生一个足够大的气泡,从而触发假真空衰变。