希格斯玻色子有助于人类了解大爆炸最初期的宇宙。图片来源：Science Photo Library / Alamy Stock Photo

在宇宙的最初阶段，一切都被压缩在一个极小空间。之后，一种名叫“宇宙暴胀”的过程发生，使空间迅速膨胀到宏大的天文学尺度。

大多数宇宙学家都认同暴胀的发生，但并不清楚其机制。近日，英国牛津大学David Sloan和南非开普敦大学George Ellis计算表明，希格斯玻色子是宇宙暴胀之谜拼图中被疏漏的一块。

希格斯玻色子（Higgs boson）是标准模型里的一种基本粒子，自旋为零，不带电荷，极不稳定，生成后会立刻衰变。希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。根据希格斯机制，基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。

物理学者用了四十多年时间寻找希格斯玻色子的踪迹。2012年7月4日，欧洲核子研究组织（CERN）宣布，LHC的紧凑渺子线圈探测到质量为125.3±0.6GeV的新玻色子，超环面仪器（ATLAS）测量到质量为126.5GeV的新玻色子。这两个粒子后被确认为希格斯玻色子。

希格斯玻色子因物理学者彼得·希格斯（Peter Higgs）而命名。他是1964年提出希格斯机制的六位物理学者中的一位，2013年获诺贝尔物理学奖。

宇宙暴胀需要一种特殊的粒子渗透到空间中的每一个点，而对应我们所知的唯一一种粒子就是希格斯玻色子。根据Sloan和Ellis的计算，如果希格斯玻色子真的起作用，它将解决暴胀之前宇宙是什么样子这个重要问题。

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他们认为，宇宙可能开始于一种非常混乱（高熵）的状态。原因是显然的，因为这种状态比高度有序状态的数目要多。Sloan解释道：“假设你掷了一百万个骰子，只有一种情况对应所有数字6朝上。然而一旦你引入一个不是6的情况，就会对应五百万种的情况。”

黑洞是熵值最高的其中一种状态，但早期宇宙不可能充满黑洞，否则就不会出现我们今天的情况。这是因为黑洞常聚集在一起，不会生成我们现在看到的均匀光滑（物质均匀分散在各个地方）的宇宙。

宇宙早期是单个巨大黑洞的解释也不成立。Sloan说：“所有一切来自单个黑洞的问题在于，这样会有一个奇点，使你无法将它发展到树、鸟以及我们在宇宙中看到的所有奇妙的东西。”

未来会怎样

我们对希格斯玻色子仍不甚了解。但有种观点认为，希格斯玻色子场与重力成反比，即随着希格斯场强度的增加，引力的强度会减小。

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Sloan和Ellis的计算能完全避免早期宇宙黑洞的存在问题。由于希格斯场在大爆炸不久后会变强，引力随之变弱，物质在暴胀开始扩散之前不会被挤压进黑洞。

英国朴茨茅斯大学David Wands认为，同标准模型相比，该理论向前迈出了一大步。鉴于已知的引力与希格斯场相互作用方式，该理论很合理。

然而，该理论的一个缺陷是我们可能永远无法验证它。Wands说：“由于暴胀在其产生的空间中过度膨胀，我们现今只能观测到整个宇宙的一个极小部分。对于现今宇宙暴胀之前发生了什么，我们很难去验证。”

Sloan认为我们还不应放弃对该理论的验证，因为我们可能会观测到其在现今宇宙中最像暴胀前超致宇宙的物理效应，比如在黑洞外围处。

撰文： Leah Crane

翻译：甘立

审校：杨心舟

引进来源：newscientist

本文来自：中国数字科技馆