科學家實驗室模擬宇宙‘崩塌’，預示末日來臨的可能性

宇宙或許并不像它看起來那樣穩定。在量子物理學的理論框架里，存在這樣一種可能：我們所處的"真空"只是宇宙能量的一個局部最低點，而非真正的底部。如果某個地方的空間突然跌入更低的能量狀態，一個以光速膨脹的氣泡將吞噬一切，連物理定律本身也會被一并改寫。

這不是科幻情節，這是物理學家認真對待的理論場景，名為"假真空衰變"。近日，清華大學領導的研究團隊將這一概念從純理論帶入了實驗室，相關成果發表在頂級期刊《物理評論快報》上。

宇宙的"地基"可能并不牢固

要理解假真空衰變，首先要理解"真空"在量子物理學里是什么意思。

在日常語言里，真空就是什么都沒有。但在量子場論中，真空是量子場所能達到的最低能量狀態，而"最低"這個詞，大有文章。

設想一片地形復雜的山地，其中分布著幾個湖泊，有的湖深，有的湖淺，而在所有湖泊之下，還隱藏著一個更深的地下盆地。如果某個湖底突然開了一條隧道，湖水便會傾瀉而下，流入那個更深的盆地，湖本身便消失了。

量子場論的數學結構允許存在類似的多個"能量洼地"，那些不是真正最低點的洼地，就是假真空。我們的宇宙真空，理論上可能正坐落在這樣一個假真空里。

一旦空間中某處因為量子隧穿效應，自發跌入能量更低的真真空狀態，就會形成一個氣泡。這個氣泡不會安靜地待在原地，它會以接近光速的速度向外擴張，將沿途所有空間轉化為新的低能狀態。在這個過程中，維系我們宇宙運行的物理常數——粒子質量、基本力的強度——都可能徹底改變。

實驗示意圖。（Chao et al., PRL , 2026）

這是一個橫跨量子理論和相對論的過程：氣泡的初始形成是純粹的量子事件，而它的后續演化則發生在宇宙尺度上，需要廣義相對論來描述。問題是，這兩套理論框架目前還無法被統一在同一個理論體系下，科學家們也因此缺乏完整描述假真空衰變全過程的工具。

里德堡原子：宇宙末日的"替身演員"

清華大學團隊的聰明之處在于，他們沒有試圖直接"戳破"真空，而是找到了一個精妙的實驗替代系統。

他們使用的是里德堡原子。普通原子的電子緊緊圍繞原子核運動，而里德堡原子是被激光激發到極高能量狀態的原子，其最外層電子的軌道被拉伸到極限，原子直徑可以膨脹至普通原子的數千倍，大到可以用微米來衡量。

正因為這種極度松散的結構，里德堡原子對外界擾動極度敏感，行為反應被大幅"放大"，成為量子模擬實驗的理想材料。

研究人員將偶數個相互排斥的里德堡原子排列成一個環形結構。在這一排列中，每個原子的量子自旋方向與相鄰原子相反，形成有規律的交替對稱圖案，整個系統處于一種平衡的"假真空"狀態。

接下來，他們用激光照射這個環，打破了原有的對稱性。這一操作使系統獲得了兩種可能的存在模式，能量略高的對應假真空，能量更低的對應真真空。隨后，研究人員觀察到，這個原子環以可預測的速率向低能狀態"衰變"，衰變速率與激光強度直接相關，強度越高，對稱性破缺越劇烈，衰變越快。

這一過程與目前主流理論對假真空衰變的預測高度吻合，即真真空氣泡在假真空中成核，并隨條件變化改變發生概率。實驗結果為此提供了重要的實證支撐。

值得強調的是，這個實驗并不能直接告訴我們宇宙真空究竟是不是假真空，更無法計算"末日氣泡"真正出現的概率。但它建立了一個可以反復操控、精確測量的實驗平臺，讓科學家得以在量子理論與相對論的交匯地帶進行系統探索，這正是當前理論物理最迫切需要的試驗場。

至于我們是否真的需要擔心宇宙隨時"崩塌"？目前的理論估算表明，即便假真空衰變可能發生，其時間尺度也遠超宇宙當前年齡。但物理學家坦然承認，在一個連真空本質都尚未完全厘清的領域，任何確定性的表述都要打上問號。