神秘的宇宙弦，可能是时空的裂缝：1.6公里就与地球质量相同！
神秘的宇宙弦，可能是时空的裂缝：1.6公里就与地球质量相同！天文物理 Today
在宇宙弦可能出现的最早时刻之一，宇宙裂开了，这些裂缝（这些时空本身的缺陷和裂缝）甚至可能会持续到今天。一个早已逝去的时代的产物，一个由外来力量和奇怪能量统治的时代可能会持续下去。宇宙可能充满了所谓的宇宙弦，这些时空缺陷，虽然我们还没有任何证据证明它们的存在，但宇宙弦可能仍然存在。宇宙大爆炸模型非常简单：很久以前，宇宙非常小，非常热，非常稠密，在大约138.2亿年前的某个阶段：宇宙是如此之小，如此炎热，如此致密，以至于它处于一种完全不同的基本状态。我们今天所知道的四种自然力曾一度融合成一种统一的力，随着宇宙冷却并在十亿分之一的前十亿分之一秒内膨胀(为了安全起见，可能还会在此基础上再增加几个亿分之一)，这些力就会一个接一个地分离开来。这是一个激进的相变，在此期间宇宙完全改变了性质，但就像所有其他相变一样，它可能并不完美。或者，至少，在整个宇宙中，它可能不是以完全相同的方式在完全相同的时间发生。为了理解这一点，我们举一个更加平凡和熟悉的例子：一个冰块托盘。当你把水放入托盘并将托盘粘在冰柜中时，水最终会达到足够冷的温度，从而改变相，从液体变为固体，而且这种相变并不是在整个冰块中完美地发生的。当水从液体转变为冰冻时，它开始于所谓的成核点，这是即将出现冰块中的某个随机点，它开始形成我们称之为冰的晶格，从这一点开始，相变向外扩散，包括所有的水，分子在一个特定的方向排列得很好，很整齐。但成核点并不一定是孤立的，相变在水中扩散需要时间，在此期间，另一个成核点可以开始形成自己的晶格。这一点很可能决定与第一点完全不同的方向。最终结果是，冰块有缺陷；它在整个体积中并不是完全透明的，这一点肉眼是显而易见的。拿起一块冰块，盯着看，你会看到裂缝和墙壁，有时甚至会出现气泡，这些是当晶格中两组不同相变没有完全对齐时产生的残留缺陷。所以，就拿这个例子来说，把它放大一万亿或一万亿度左右，你就有了一张早期宇宙的图景。正如你可能想象的那样，当宇宙的相位变化和自然力彼此分离时，在时空中留下的缺陷和裂缝比冰块中的一些缺陷更奇怪，更有异国情调。
宇宙美丽的瑕疵
这个过程留下的一些最常见缺陷是所谓的宇宙弦。这些与弦理论的弦无关，它们被恰当地称为超弦（可能有一种方法可以从超弦生成宇宙弦，但我们现在不打算讨论这一点）。这些宇宙弦从可观测宇宙的一端延伸到另一端，是时空本身的一维缺陷。随着宇宙的增长，弦也随之增长，因为它们只是空间底层结构的一部分，因此，随着时空的扩展，弦也是如此。然而，宇宙弦并不完全是一维的，宇宙弦的宽度取决于相变发生的确切时间和方式，但大多数理论将它们放在大约一个质子的宽度。宇宙弦本身没有质量；宇宙弦不像是由什么东西组成，就像我们是由原子组成的。但由于宇宙弦是时空中的皱纹，它们确实具有张力，因为时空中的变形是引起引力的原因，这种张力使它看起来好像宇宙弦确实有质量。质量取决于弦的密度和张力水平，得到的数值都取决于所采用的特定理论。但一个很好的经验法则是：1英寸(2.5厘米)的宇宙弦质量大约与珠穆朗玛峰相同，1英里(1.6公里)的宇宙弦质量将与地球质量相同，请记住，这些宇宙弦从可观察宇宙的一端延伸到另一端。这些宇宙弦周围的条件非常奇怪，因为它们弯曲了周围的空间和时间，如果你绕着一个圆圈旅行，你会发现你必须旅行不到360度才能回到起点。这看起来几乎是不可能的，但这就是围绕着宇宙弦弯曲时空中的生命。
稍微摆动一下
重要的是，宇宙弦会摆动，有时宇宙弦摆动得如此剧烈，以至于宇宙弦把自己套在自己身上，掐断自己，并在剩余部分之外发出一个闭合的环路，有时两个或更多“断”宇宙弦会找到彼此，稍微摆动一下，然后相交，以这种方式切断自己，有时扭动变得特别剧烈，形成以光速上下移动的扭结和尖端。所有这些摆动使得宇宙弦可能被检测到，闭合环的扭结和尖端产生引力波。这些引力波削弱并最终溶解弦，谢天谢地，这需要很长时间。所以如果在早期宇宙中产生了任何弦，它们今天应该仍然存在。目前还没有从宇宙弦中探测到任何引力波，未来，随着激光干涉仪引力波天文台的升级，或者由欧洲激光干涉仪空间天线航天器进行的测量，科学家们也许能够做到这一点，该航天器计划在本世纪30年代中期发射。然而，还有另一种技术可以让我们看到宇宙弦，光将在宇宙弦附近被分裂，所以如果其中一个恰好正好落在我们视线范围内到一个遥远的星系，那个星系的图像将被分裂成两个。科学家们一直在寻找这一证据，但也徒劳无功，但得出了与引力波相同的结果：没有任何宇宙弦的迹象。如果有任何宇宙弦留在我们的宇宙中，它们不可能有很大的张力，因此会有大量的质量；否则我们现在应该已经看到它们了。但是宇宙弦一般是由我们关于早期宇宙相变的理论预测。因此，要么科学家对宇宙弦的理解是错误的(很可能是这样)，要么是对早期宇宙的理解是错误的(也可能是这样)。无论如何，如果最终能够探测到宇宙弦，它将帮助我们解开宇宙中一些最深的谜团！博科园｜文：Space/Paul Sutter（俄亥俄州立大学天体物理学家）博科园｜科学、科技、科研、科普
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