真空是不穩(wěn)定的，處于高能級(jí)上的量子總要向低能級(jí)躍遷，這就是真空衰變的本質(zhì)。

1、“真真空”的定義

可以從兩個(gè)方面給“真真空”下定義：

(1)從宇宙膨脹的角度考慮，隨著宇宙的膨脹，宇宙空間的平均能量密度變小，如果宇宙無限膨脹，那么其中的真空?qǐng)鑫镔|(zhì)的密度也會(huì)趨向0，所以可以定義，“真真空”是：有限真空空間無限膨脹的最后狀態(tài);

(2)另一種方法是仿照“真空”概念的定義，首先定義什么是“容器空間”，如果在地球表面設(shè)想一個(gè)立方體，其中可以包含氣體、液體或固體等普通物質(zhì)，將這些物質(zhì)從這個(gè)立方體中移去，那么剩下的空間就是這些有質(zhì)物質(zhì)的容器空間。所以“真空”的定義是：有質(zhì)物質(zhì)的容器空間。真空并非一無所有，其中至少存在各種“場(chǎng)物質(zhì)”，如：宇宙背景輻射、引力場(chǎng)等。所以“真真空”的定義是：真空?qǐng)鑫镔|(zhì)的容器空間。

2、什么是假真空

按照暴漲模型，宇宙在大爆炸之后，可能經(jīng)歷過一個(gè)超乎想像的急遽加速膨脹的過程。導(dǎo)致這個(gè)過程的原因之一就是假真空的形成。

宇宙曾經(jīng)從最初的奇點(diǎn)，演化出一個(gè)性質(zhì)處處相同的體系。性質(zhì)處處相同這個(gè)特點(diǎn)頗似真空，但與真空不同的是，這個(gè)體系的能量密度極大，而真正的真空指的是能量密度處于最低的基態(tài)的狀態(tài)，因此這個(gè)狀態(tài)稱為“假真空”，意思在于它的能量密度大到了均勻得反而類似于真空。

假真空帶來了一個(gè)奇特的效應(yīng)就是與恒星演化晚期的引力收縮截然相反的“負(fù)壓力”，所以導(dǎo)致了暴漲過程的發(fā)生。后來隨著宇宙的膨脹，能量密度逐漸降低，負(fù)壓逐漸消失，宇宙也就開始進(jìn)入常規(guī)的膨脹時(shí)期。而隨著量子漲落與玻色子的退耦，假真空的對(duì)稱性發(fā)生破缺，于是形成了最低能態(tài)的真正的真空和最初的宇宙物質(zhì)團(tuán)塊，逐漸演化成了現(xiàn)今的宇宙空間與星系物質(zhì)。

3、產(chǎn)生“真真空”的方法

“真空”的存在性最后是通過實(shí)驗(yàn)證明的，所以“真真空”的存在性也只能由實(shí)驗(yàn)判決。可能產(chǎn)生“真真空”的方法有許多，本文列舉四種，下面分別闡述。

(1)真空空間膨脹法：

如果能使一個(gè)有限真空空間迅速膨脹至無限大，那么這樣的空間就是真真空。顯然就可實(shí)現(xiàn)性而言，膨脹至無限大是不可能的，但如果真空空間迅速膨脹，就可以在一定時(shí)間內(nèi)得到具有一定“真真空度”的“真真空”空間。特別是利用一些猛烈的爆炸可能產(chǎn)生短暫的“真真空”空間，如黑洞或超新星爆炸。這和在空氣中炸藥爆炸會(huì)產(chǎn)生短暫的真空空間的原理一樣。

(2)雙黑洞分離法：

設(shè)想有兩個(gè)黑洞，開始它們靠得很近，由于黑洞會(huì)使空間彎曲，兩個(gè)靠近的黑洞會(huì)使它們之間的空間向相反方向彎曲，如果讓兩個(gè)黑洞迅速分離，那么在兩個(gè)黑洞之間的中心區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生“真真空”。

(3)真空物質(zhì)移除法：

歷史上真空空間的獲得就是采用抽真空方法。如果要在“真空”中獲得“真真空”，必須創(chuàng)造一個(gè)屏蔽空間，將所有的真空物質(zhì)都屏蔽在外，這樣得到的空間就是真真空。但到目前為止人類還沒有可以屏蔽引力場(chǎng)的方法。

(4)外宇宙存在證明法：

這是一個(gè)間接方法。地球上獲得真空是很困難的，但如果我們走出大氣層，那么宇宙空間到處是真空空間。出于同樣的考慮，如果多宇宙理論成立，那么外宇宙和我們宇宙之間的空間就是“真真空”。所以只要能證明外宇宙存在，那么“真真空”存在就成為自然的事。

真空是不穩(wěn)定的，處于高能級(jí)上的量子總要向低能級(jí)躍遷，這就是真空衰變的本質(zhì)。

1980年，物理學(xué)家西德尼·科爾曼(Sidney Colemam)和弗蘭克·德盧西亞(Frank De Luccia)發(fā)表了一篇新奇的文章，它以平淡無奇的標(biāo)題“引力效應(yīng)和真空衰變”刊登在《物理評(píng)論》雜志上。他們所指的真空不僅僅是空無一物的空間，而且是量子物理的真空態(tài)。

在我們看來也許是空無一物的真空，實(shí)際上怎樣沸騰著極短暫的量子活動(dòng)，幽靈般的虛粒子出現(xiàn)、傳播又再次消失，就像是一場(chǎng)隨便鬧著玩的游戲。前面已經(jīng)提到過這種真空狀態(tài)也許不是唯一的，可以存在多種量子狀態(tài)，每一種看上去都像是空無一物，但卻不同程度地經(jīng)歷著量子活動(dòng)，與此相聯(lián)系的就有不同的能量。

高能態(tài)往往要向低能態(tài)衰變，這是量子物理學(xué)中一條完全確證的原理。例如，一個(gè)原子可以取一定范圍內(nèi)的若干種激發(fā)態(tài)，但這些激發(fā)態(tài)都是不穩(wěn)定的，原子會(huì)力圖向最低能態(tài)即基態(tài)衰變，這個(gè)基態(tài)才是穩(wěn)定的。同樣，一種激發(fā)真空態(tài)也會(huì)力圖向最低能態(tài)即真真空態(tài)衰變。

假定宇宙的現(xiàn)有狀態(tài)對(duì)應(yīng)著真真空態(tài)。這就是說，在所有可能的能態(tài)中今天的空間是最低能量的真空態(tài)。但是，對(duì)于這一點(diǎn)我們有把握嗎?

科爾曼和德盧西亞考慮了一種令人恐懼的可能性，即現(xiàn)在的真空態(tài)實(shí)際上也許不是真真空而是一種有相當(dāng)長(zhǎng)壽命的亞穩(wěn)態(tài)，這也就是另一種假真空，它一直在以一種偽裝的安全感哄騙我們，因?yàn)樗呀?jīng)延續(xù)了幾十億年。我們知道許多量子系統(tǒng)。如鈾核，它的半衰期為幾十億年。能夠想象現(xiàn)在的真空態(tài)會(huì)屬于這一類型嗎?

科爾曼和德盧西亞在文章中所提到的真空“衰變”涉及到一場(chǎng)大災(zāi)難的可能性，即現(xiàn)在的真空態(tài)也許會(huì)突然終止，把宇宙扔進(jìn)一個(gè)更小更低的能態(tài)，同時(shí)給我們(以及所有別的事物)帶來悲慘的結(jié)局。

以下是關(guān)于發(fā)生真空衰變時(shí)的物理描述：

科爾曼和德盧西亞用數(shù)學(xué)方法對(duì)真空衰變進(jìn)行了模擬，以找到這種現(xiàn)象出現(xiàn)的方式。他們發(fā)現(xiàn)，衰變開始出現(xiàn)時(shí)的空間位置是隨機(jī)的，它表現(xiàn)為一個(gè)“真”真空小泡，四周被不穩(wěn)定的“假”真空所包圍。

這個(gè)小泡一旦成核，就很快的膨脹，膨脹速度迅速趨進(jìn)光速。越來越大的假真空區(qū)域被它所吞滅，同時(shí)轉(zhuǎn)變成真真空。這兩種狀態(tài)的能量差也許會(huì)達(dá)到非常大的程度，它集中在泡壁上，并掃過整個(gè)宇宙，同時(shí)也把它在前進(jìn)道路上所遇到的一切事物統(tǒng)統(tǒng)毀滅掉。

假真空態(tài)仍然是一種純理論的觀念，其性質(zhì)在很大程度上取決于所用的特定理論。但是，假真空態(tài)很自然地出現(xiàn)在現(xiàn)今所有試圖統(tǒng)一各種自然力的理論中。假真空態(tài)的能量大得驚人：

典型情況是，1立方厘米的空間含有10^87焦耳的能量!甚至一個(gè)原子的體積也會(huì)擁有10^62焦耳的能量。一個(gè)受激原子卻只具有10^-18焦耳左右的能量，兩者相比，后者簡(jiǎn)直是微乎其微。因此，要激發(fā)真空，需要極大的能量，而在今天的宇宙中我們不企望會(huì)找到這種狀態(tài)。另一方面，一旦有了大爆炸的極端條件，這些數(shù)字就比較說得通了。

與假真空聯(lián)系在一起的巨大能量具有強(qiáng)大的引力效應(yīng)。這是因?yàn)槟芰烤哂匈|(zhì)量，這一點(diǎn)愛因斯坦已經(jīng)為我們指出了，所以它可以像正常物質(zhì)一樣受引力吸引。量子真空的巨大能量擁有巨大的吸引力，1立方厘米假真空的質(zhì)量重達(dá)10^64噸，這比今天整個(gè)可觀測(cè)宇宙的質(zhì)量(約10^48)還大!這種異常的引力對(duì)暴脹的產(chǎn)生毫無用處，后者要求某種反引力過程。

但是，巨大的假真空能量是和同等巨大的假真空壓力聯(lián)系在一起的，而正是這種壓力起著奇妙的作用。通常，我們并不把壓力看作為引力源，但這種壓力卻是一種引力源。在一般物體中，物體壓力的引力效應(yīng)與物體質(zhì)量的引力效應(yīng)相比是微不足道的。例如，人體重量中只有不到十億分之一是由地球內(nèi)部壓力產(chǎn)生的，不過，這種效應(yīng)確實(shí)存在，而且在一個(gè)壓力極其巨大的系統(tǒng)中，壓力引力可以與質(zhì)量引力相比擬。

在假真空的情況下，既有巨大的能量，又有與之相仿的巨大壓力，它的相互爭(zhēng)奪對(duì)引力的支配權(quán)，但是，關(guān)鍵的性質(zhì)在于壓力是負(fù)的。假真空起的作用不是排斥而是吸引。負(fù)壓力產(chǎn)生負(fù)引力效應(yīng)，這就是所謂的反引力。

因此，假真空的引力作用歸結(jié)為它的能量的巨大吸引效應(yīng)和它的負(fù)壓力的巨大排斥效應(yīng)之間的競(jìng)爭(zhēng)。最終壓力獲得了勝利，其凈效應(yīng)是產(chǎn)生一種非常大的排斥力，它可以在一剎那間把宇宙沖開。就是這種龐大的暴脹推力，使宇宙的尺度以極快的速度即每10^-34秒增大一倍。

就內(nèi)稟性質(zhì)來說，假真空是不穩(wěn)定的。像所有的激發(fā)量子態(tài)一樣，它要發(fā)生衰變以回到基態(tài)——真真空。在幾十個(gè)滴答之后，它就可能衰變。作為一種量子過程，它必然表現(xiàn)出上面討論過的無法避免的不可預(yù)測(cè)性和隨機(jī)漲落，這些性質(zhì)都與海森伯不確定原理有關(guān)。這意味著衰變的發(fā)生就整個(gè)空間而言不是均勻的，而是會(huì)有漲落。某些理論家認(rèn)為，這些漲落可能就是宇宙背景輻射探測(cè)衛(wèi)星觀測(cè)到的強(qiáng)度起伏的緣由。

在假真空衰變后，宇宙重新恢復(fù)它正常的減速膨脹，由暴脹進(jìn)入爆炸。封閉在假真空中的能量得以釋放，并以熱的形式出現(xiàn)。由暴脹產(chǎn)生的巨大膨脹使宇宙冷卻，直到溫度十分接近絕對(duì)零度，然后暴脹的突然結(jié)束再次把宇宙加熱到10^28度的極高溫度。

今天，這個(gè)巨大的熱庫(kù)已幾乎完全消失，殘留下來的就是宇宙背景熱輻射。作為真空能量釋放的副產(chǎn)品，量子真空中的許多虛粒子獲得其中的一部分能量，并轉(zhuǎn)變成實(shí)粒子。這些粒子的遺骸留存至今，成為組成你、我、銀河系和整個(gè)可觀測(cè)宇宙的10^48噸物質(zhì)。

如果我們的宇宙有一個(gè)自我毀滅按鈕，可以利落有效地把自身消滅的干干凈凈，就像格式化一樣，然后消滅宇宙所有的生命。

要搞清楚宇宙會(huì)怎么毀滅自己，我們得知道兩個(gè)宇宙基本法則。

第一、能量的層次，用專業(yè)詞名為能階。能階意思是你所代表的能量層次，假如你能階高那么你所攜帶的能量也就越多。打個(gè)比方，拿個(gè)木頭來，它就是一個(gè)高能階的物質(zhì)組成的東西，它通過燃燒可以釋放出大量熱能，但是燃燒后的灰燼能階則是比木頭低。

第二、使物質(zhì)平衡的發(fā)展趨勢(shì)，用專業(yè)話說就是穩(wěn)定態(tài)。宇宙中所有的物質(zhì)都有一種趨勢(shì)往著基態(tài)方向發(fā)展的趨勢(shì)(基態(tài)：物質(zhì)處于完全穩(wěn)定的狀態(tài)并能量最低)。再舉個(gè)形象點(diǎn)的例子，你在一個(gè)斜坡上放一個(gè)輪胎，那么它肯定是要下滑到一個(gè)低點(diǎn)來處于一個(gè)平衡狀態(tài)。

世界萬物都遵循這兩個(gè)法則，如果某個(gè)物質(zhì)它有許多的能量，那么對(duì)不起啦，它就會(huì)千方百計(jì)的想達(dá)到穩(wěn)定的基態(tài)(勒沙特列原理)這個(gè)使用一切人類所提出的理論體系。宇宙一切物質(zhì)都處于一個(gè)類似真空態(tài)的狀態(tài)，但是不幸的是希格斯場(chǎng)可能存在不穩(wěn)定態(tài)，而可能是亞穩(wěn)定態(tài)，其實(shí)通俗點(diǎn)說就是，你身體看起來很健康，其實(shí)并不是，你可能處于亞健康。

現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)宇宙所有的物質(zhì)都處于亞真空態(tài)，那么意味著什么，就好比你騎車在大斜坡上短暫的停著，萬一松開了剎車，你又開始狂奔一樣。希格斯場(chǎng)就像是一個(gè)棉花被，被汽油打濕，看起來什么事都沒有，但是一旦隨機(jī)的事情發(fā)生，比如量子穿隧效應(yīng)，就像是丟了一個(gè)小火星一樣，瞬間開始著火，燒變?nèi)钪?，然后產(chǎn)生新的希格斯場(chǎng)，但是那里的物理規(guī)則不是和我們一樣，畢竟我們所有的規(guī)則都是建立在現(xiàn)有的希格斯場(chǎng)，它“燒”完后，一切都將重新打亂，我們也就可以說我們已經(jīng)消失了。