宇宙弦可能会断裂——当它们断裂时，就会震动整个宇宙

送烟激钟

宇宙弦的数值模拟。（图片来源:Chris Ringeval）

（）据生活科学（保罗·萨特）：如何切割宇宙大小的量子弦？新的研究表明大爆炸的混乱是如何做到的，以及这些切割是如何导致宇宙充满波动的引力波的。

宇宙弦是宇宙最早期的假想残留物。在大爆炸的第一秒钟内，随着自然力相互分离，宇宙经历了几轮激烈的相变。许多宇宙学家认为这些转变远非完美，每一次都在时空本身留下了缺陷。

这些缺陷可能具有多种形状和属性，这取决于早期发生的物理细节（很大程度上是未知和复杂的）。宇宙弦可能是这些缺陷中最常见的一种，如果它们存在，它们将表现为真正的奇异物体。它们的厚度不超过一个质子，从宇宙的一端延伸到另一端，密度大到一英里长的绳子将超过整个地球。

它们也几乎坚不可摧。在这项尚未提交同行评审的新研究之前，科学家们认为宇宙弦是稳定的。一旦宇宙弦形成，它们就存在了，从宇宙大爆炸的最早时刻一直到今天。缩小宇宙弦的唯一方法是其中两条相交，或者其中一条自身缠绕。一旦发生这种情况，随之而来的振动将迫使宇宙弦衰变为粒子雨和高能辐射。

但是从来没有发现过来自宇宙弦的这种信号，到目前为止，天文学家没有发现它们存在的证据。这给宇宙学带来了挑战，因为早期宇宙的许多模型都预测了宇宙弦的存在。那么，如果大爆炸期间大量制造了量子弦，它们都去了哪里？

根据这项由日本Kavli宇宙物理和数学研究所的研究人员领导的新研究，或许宇宙弦并不像我们曾经认为的那样稳定。弦可能是“亚稳态”的，而不是稳定的亚稳态是物理世界中普遍存在的一种现象，当一个系统发现自己处于一个稳定的位置并无限期地保持在该位置时就会发生这种现象，但从该位置的任何移动都会导致系统找到一种新的排列方式。

举个例子，想象一下从山坡上滚下来——这是一个非常动态、不稳定的情况。如果你在山坡的一个草皮上暂时停下来，你现在处于亚稳态。如果没有什么打扰你，你可以永远呆在那个草皮上。但是如果有人轻轻推你一下，你就会从草皮上掉下来，继续向山下坠落。

研究人员发现，其他被称为磁单极子的奇异实体可以破坏宇宙弦的稳定。磁单极子——纯北或纯南磁性粒子——也可以在早期宇宙的相变过程中产生。在宇宙弦附近，单极子可以和反单极子一起形成，然后迅速相互湮灭。根据研究作者的说法，释放的能量可以将宇宙弦切成两半，引发一个不稳定的过程，迫使宇宙弦最终溶解。

当宇宙弦溶解时，它会振动，这种振动会引发引力波的形成。因此，宇宙中可能没有留下多少宇宙弦，这解释了为什么我们到目前为止还没有发现任何宇宙弦——但它们的引力信号可能会保留下来。

事实上，研究人员指出，最近发现的引力波背景可能是这些亚稳态宇宙弦的信号。天文学家将需要更详细地研究背景波，以确定宇宙弦或其他来源（如碰撞的黑洞）是否对这种微弱的跨宇宙振动负责。