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

　　站在悬崖边上，我们能欣赏到美丽的景色，但稍有不慎也有可能坠崖身亡。宇宙是非常美丽的，但是整个宇宙都存在悬崖边上，量子涨落可能会导致我们所知的一切在瞬间结束。事实证明，基于粒子物理学的标准模型，目前对基础物理的最好理解似乎恰恰表明了这种不稳定的情况。我们的宇宙实际上接近悬崖边缘，随时可能坠入深渊，所有这些都与希格斯玻色子和我们所知的最重的基本粒子顶夸克有关。为了理解这迫在眉睫的威胁，我们需要对量子世界进行更深入的研究。经典理论中的势能
　　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。
　　但是，如果有两个局部最小值，那么图表看起来就会像上图这样。如果我们非常小心地把球放在较高的最小值，那么球就会卡在那里；我们也可以把球放在较低的最小值，它也会停留在那里。如果我们把球放在较高最小值附近，并且它有一些额外的动能，如果能量足够大，球可以克服两个最小值之间的势垒，最终达到较低的最小值。所以球可以从较高的最小值滚到较低的最小值，或者说从较高的能态滚到较低的能态。
　　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，会被困在高能量的最小值上。量子力学介入
　　当量子力学进入这个领域时，它的工作方式就有点不同了。海森堡不确定性原理告诉我们，在量子力学中，我们无法准确知道粒子的位置和动量。这改变了势能运作的情况，因为现在我们必须考虑量子粒子的行为。
　　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。
　　量子隧穿是量子力学概率性质的一个特征，一个简单的思考方式是这样的。在量子力学中，一个粒子的位置是由一个波函数决定的，波函数由薛定谔方程定义，波函数的平方给出了在任意位置找到这个粒子的概率。如果我们解这个方程，我们会发现，在低能态找到粒子的概率是非零的。换句话说，它有一个有限的可能性超出这一势垒，如果势垒之外的能级更低，这个概率就会增加。亚稳态宇宙
　　事实证明，我们的宇宙不可能处于可能的最小值，这意味着它可能也是亚稳态的。这一切都归结于一个粒子，即著名的希格斯玻色子。这种粒子是最新的基本粒子，仅在2012年才被发现。
　　当构成我们宇宙的物质粒子与希格斯场相互作用时，它们就获得了质量。没有希格斯玻色子，就不会有大质量的基本粒子。但请记住，没有希格斯玻色子，质子和中子仍然有质量，因为它们的质量主要来自夸克胶子产生的结合能。然而，没有希格斯粒子，电子就没有质量，因为它是基本粒子。电子没有质量，原子就会不稳定，这是因为无质量的粒子以光速前进，它就不能绕原子核转动。
　　希格斯玻色子的特殊之处在于，在标准模型中它具有一个非平凡的势：它的最低势不在中心也不为零。这就引出了希格斯机制，而希格斯机制反过来又给了我们弱力的重介体。在这个机制中，希格斯场在远离原点的地方陷入最小值，从而得到一个非零的期望值。这个期望值是导致希格斯场质量的原因，其他基本粒子也通过与希格斯场的相互作用获得质量。
　　希格斯势的行为在实验上由希格斯玻色子的质量和最重的基本粒子顶夸克的质量决定。目前对这些质量的最佳估计将标准模型置于亚稳定区域。换句话说，最新的研究表明，希格斯玻色子的势能可能有另一个低得多的能级，也就是说希格斯场目前不是最低的。
　　希格斯势似乎处于所谓的假真空状态，真正的真空状态是最低能量和最稳定的状态。宇宙的亚稳定状态给了我们一个虚假的稳定感，并且有某种能量屏障阻止我们进入更低的稳定状态。生活在这样一个亚稳态的宇宙中有两个大问题：一个是如果你创建一个足够高的能量的事件，理论上你可以克服障碍，将宇宙的一个小部分区域从假真空推入真真空；另一个问题是，因为宇宙本质上是量子的，即使没有足够的能量来克服势垒，空间的一个区域也有可能隧穿过能量势垒，从虚假的真空到达真实的真空。
　　这将是致命的，因为我们今天所看到的宇宙将被毁灭，所有的生命都将消失。模拟表明，这种转变最初会在小体积局部发生，从而在空间中形成一个小的真空气泡。然后气泡开始以光速膨胀，摧毁一切阻挡它的东西。不过，我们并不需要担心这个问题，亚稳态宇宙可能有很长的寿命。
　　事实上，在2018年发表在《物理评论》杂志上的一篇论文中，研究人员计算出，我们的亚稳定宇宙的寿命在10到10年之间，这远比我们目前宇宙的年龄大了好几个数量级。