宇宙中有"裂缝":从地球上观测到的宇宙弦是这样

科技动态 2019-12-04 10:30137未知admin

时空中可能存在着裂缝,但人类的望远镜还无法看到它们。这些古老的裂缝(如果确实存在的话)是大爆炸后极短时间里的残余,当时宇宙刚刚从一个更炽热、更陌生的状态,向我们今天看到的更冷、更熟悉的状态转变。一项新理论称,这场被物理学家称为相变的大冷却,在宇宙中发生的时间并不一致,某些地方要比其他地方开始得更早。更冷的宇宙部分形成气泡,并在空间中扩张,直到它们遇到其他气泡。最终,所有的空间都发生了转变,原来的宇宙消失了。

然而,这种古老的高能状态可能存在于气泡之间的边界,时空结构的冷却区域在这里相遇,并没有完全融合在一起,从而形成了裂缝。一些物理学家认为,在宇宙微波背景辐射(CMB)中,我们可能仍能发现一些证据,表明这些被称为宇宙弦的裂缝或瑕疵的存在。不过,一篇新论文指出,这个证据太微弱了,任何望远镜都无法将其与噪音分辨出来。

论文作者之一、加拿大蒙麦吉尔大学的物理学家奥斯卡赫尔南德斯(Oscar Hernandez)表示,宇宙弦是很难想象的物体,但在我们熟悉的世界里,也可以找到一些类比的东西。他说:你有没有在结冰的湖面上走过?你会注意到结冰的湖面上有裂缝吗?湖面依然很坚固,没有什么可怕的,但是也存在裂缝。

这些裂缝的形成过程就类似于宇宙弦的相变过程。冰是经过相变的水,赫尔南德斯说,水分子以液体的形式自由移动,然后在某个地方,它们突然开始形成晶体水分子开始连接成片,一般呈六边形。现在,想象你用一片片完美的六边形瓷砖来铺在湖面上。如果在湖的另一端,又有人开始铺瓷砖的话,那你的瓷砖能排成一行的机会基本上为零。

在结冰的湖面上,不完美的交汇处会形成长长的裂缝。在时空交织的结构中,如果基础物理理论是正确的话,就可能会形成宇宙弦。研究人员认为,太空中存在着决定基本力和粒子行为的场。宇宙最初的相变产生了这些场。

可能存在一个与某种粒子有关的场,在某种意义上,它必须选择一个冻结和冷却的方向。而且因为宇宙真的很大,在宇宙的不同部分,这个场会选择不同的方向,赫尔南德斯说,现在,如果这个场符合某些条件那么当宇宙冷却下来时,就会有不连续的线,就会有无法冷却的能量线。

今天,这些交会点将以无限细的能量线的形式出现,穿过宇宙空间。埃尔南德斯指出,发现这些宇宙弦的意义重大,因为它们将成为新的证据,证明物理学比当前模型所允许的更大、更复杂。目前,最先进的粒子物理学理论被称为标准模型。该模型包括了组成原子的夸克和电子,以及其他更奇特的粒子,如希格斯玻色子和中微子。

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