设为首页收藏本站

弧论坛

 找回密码
 立即注册
搜索
热搜: 活动 交友 discuz
查看: 54|回复: 0

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!

[复制链接]

4772

主题

5302

帖子

5862

积分

坛主

Rank: 10Rank: 10Rank: 10

积分
5862
发表于 2020-9-27 07:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
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:
WeChat Image_20200926165049.jpg
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。
WeChat Image_20200926165100.jpg
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。
WeChat Image_20200926165111.jpg
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。
WeChat Image_20200926165116.jpg
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。
WeChat Image_20200926165121.jpg
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。
WeChat Image_20200926165128.jpg
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。
WeChat Image_20200926165132.jpg
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


大道至简 万物于弧
*滑动验证:
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

手机版|Archiver|小黑屋|国际弧学研究会    

GMT+8, 2020-10-23 13:29 , Processed in 1.312846 second(s), 26 queries .

Powered by Discuz! X3.1

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表