我们能创造一个新的宇宙吗？

发表于 3年以前 | 总阅读数：534 次

乍一看，创造一个新宇宙似乎根本就不可能，因为我们必须考虑物质从哪里来的问题。组成新宇宙的物质如果不是来自旧宇宙，又能来自哪里呢？然而，按照阿尔伯特·爱因斯坦的理论，创造一个新宇宙其实并不需要很多东西。没错，提到宇宙，我们总是绕不开这个人。

在德国法兰克福高级研究院的理论物理学家萨宾·霍森菲尔德看来，理论上在实验室中创造出一个新宇宙是可能的，关键在于如何创造出“伪真空”状态

首先，爱因斯坦给出了一个著名的等式，E=mc^2，指出质量实际上可以用来度量物质本身的能量。但更重要的是，爱因斯坦还告诉我们，空间是动态的：它可以弯曲，也可以膨胀，而且会随时间而变化。如果空间随时间变化，那么能量就不守恒。

能量不守恒最简单的例子便是宇宙常数。宇宙常数正是宇宙加速膨胀的原因，与能量密度即单位体积的能量有关。顾名思义，宇宙常数是一个常数，但如果单位体积的能量是恒定的，那随着体积增加，总能量也会随之增加。这意味着，一个不断膨胀的宇宙可以从虚无中获得大量的能量——如果你有办法使空间膨胀的速度足够快的话。这听起来很疯狂，但确实是爱因斯坦广义相对论的原理。能量就是不守恒的。

那么，即使不需要很多物质，我们又如何创造出一个膨胀的微小宇宙呢？让我们先来了解一下我们所处的宇宙诞生时的条件。

这里有一个小问题，那就是没有人真正知道宇宙最初是如何诞生的。关于宇宙的最初时刻有很多不同的理论，但没有一个得到了观察结果的支持。不过，有一个理论在天体物理学家中十分流行，那就是所谓的“永恒暴胀”（eternal inflation）。当然，我们并不知道这个理论是否正确，但可能性是很大的。

在永恒暴胀中，宇宙是由“伪真空”衰变而产生的。在量子场论中，伪真空假说认为当前宇宙的真空并不处于最低能量的状态，可能还存在能量更低的状态。如果确实如此，那么现在的宇宙迟早会衰变至真真空状态，即能量最小的状态。你不能从真真空中获得能量，它是稳定的，一直就在那里。而且，由于真真空的能量最小，它也就不能用来做任何事情。

伪真空是暂时看起来像真真空的状态，但最终它会衰变成为真真空，释放出剩余的能量，而且这些额外的能量会进入其他东西。例如，如果你往墙上扔一块果冻，它会在上面停留一会儿，然后再掉下来。当果冻粘在墙上的时候，就像一个伪真空状态，是不稳定的；伪真空衰变为真真空的过程就好比果冻掉到地上，会溅得到处都是。

那么，这和宇宙的形成有什么关系？想象一下，当存在大量伪真空时，如果其中有一小块区域衰变成真真空，会发生什么？真真空的能量更低，但压力更高。如果压力更高，那它就会膨胀。我们的宇宙就是这样开始的。理论上，我们可以在实验室中重现这种情况。你“只需要”创造出这种伪真空状态，其中一部分会衰变为真真空。如果条件合适的话，真真空会迅速膨胀。当真真空膨胀时，它就创造了自己的空间；它会不会扩展到我们的宇宙中，并制造出一个“泡泡”。

只有当原始的伪真空具有足够的能量或质量时，宇宙才有可能产生。那么，多少才是足够的呢？这取决于物理学家尚不确定的某些模型参数，但在最乐观的情况下，可能大约是10千克。也就是说，创造一个新宇宙所需要的伪真空可能只有10千克。

但是，如何创造10千克的伪真空呢？没有人知道。如果你是一个火箭科学家，10千克听起来可能不算多；但对粒子物理学家来说，这是一个可怕的数字。即使是目前最大的粒子对撞机——大型强子对撞机（LHC）——所能产生的质量当量只有10的负20次方克。如果碰撞的是较大的原子核，而非质子，这个质量还可以提高几个数量级。对高能物理学家而言，10千克绝对不是在有生之年能研究出来的质量规模。所以，可以肯定地说，在短期内没有人可以创造一个新的宇宙。

不过，如果你相信伪真空理论，也认为原理上确实可以创造出一个新宇宙的话，我们应该怎么处理这些宇宙呢？

情况很可能是，这些小宇宙和它们的母宇宙之间并不会长久保持联系。这种联系就像虫洞的“喉咙”部位，十分不稳定，可能会在几分之一秒内崩断。因此，在你创造出这些宇宙并触发其成长之后，它们可能会在一瞬间就突然消失。此时从外部看，它们很像是微小的黑洞。

顺便说一下，这种情况可能一直在发生，即使没有粒子物理学家的参与。由于我们并没有真正理解空间的量子性质，因此，有些人认为空间确实产生了很多量子涨落。这些涨落发生在距离极短，以至于我们无法看见的地方，它们可能时不时就会创造出一个这样的微小宇宙。