宇宙中可能存在裂缝ーー但我们从地球上看不到

历史人物费

时空中可能有裂缝，但人类的望远镜看不到它们。

这些裂缝如果存在的话，是大爆炸后不久宇宙刚刚从一个更热、更陌生的状态转移到我们今天看到的更冷、更熟悉的状态时留下的古老遗迹。理论认为，这种大规模的冷却，物理学家称之为“相变” ，在某些地方开始得比其他地方早。宇宙中温度较低的气泡形成并扩散，在太空中不断膨胀，直到遇到其他气泡。最终，所有的空间都变了，旧的宇宙消失了。

但是，这种古老的高能状态可能存在于气泡之间的边界，即时空结构中的裂缝，这些冷却区域相遇并不完全吻合。一些物理学家认为，我们仍然可以在宇宙微波背景(CMB)中看到这些裂缝或缺陷的证据，这些裂缝或缺陷被称为“宇宙弦”(cosmic strings) ，宇宙剧烈形成时遗留下来的热量。但是根据一篇新的论文，这些证据太过微弱，任何望远镜都无法从噪音中辨别出来。

宇宙弦是很难想象的物体，Oscar hern ndez 说，他是蒙特利尔麦吉尔大学的物理学家，也是这篇论文的合著者。但是在我们的世界里也有类似的情况。

”“你在结冰的湖上散步过吗？你有没有注意到冰冻的湖面上出现了裂缝？它仍然很坚固。没有什么可怕的，但是有裂缝，” hern ndez 告诉 Live Science 这些裂缝是通过类似宇宙弦的相变过程形成的。

“冰是经历了相变的水，”他说。“水分子可以像流体一样自由运动，然后突然在某个地方，它们开始形成晶体。它开始在瓷砖中自动铺设瓷砖，这些瓷砖通常是六边形的。现在，想象一下用完美的六边形瓷砖铺成的湖面。如果在湖的另一端有人再次开始瓷砖，“你的瓷砖基本上没有机会排列起来。

不完美的相遇会在冰冻的湖面上形成长长的裂缝。在空间和时间相交的结构中，它们形成宇宙弦ーー如果基本物理学是正确的话。

研究人员认为，在太空中，有一些场决定了基本力和粒子的行为。宇宙的第一阶段转变产生了这些场。

“在某种意义上，可能存在一个与某些粒子有关的场，它必须‘选择一个方向来冷冻和冷却。”' 而且由于宇宙真的很大，它可以在宇宙的不同部分选择不同的方向，”他说。“现在，如果这个磁场服从某些条件... ... 那么当宇宙冷却下来时，就会出现间断线，就会出现无法冷却的能量线。”今天，这些交汇点看起来就像是空间中无限细小的能量线。

找到这些宇宙弦将是一件大事，因为它们将是物理学比现有模型所允许的更大更复杂的又一证据，hern ndez 说。

目前，研究人员认为最先进的粒子物理学理论已经得到了最终的证明，这就是标准模型。它包括组成原子的夸克和电子，以及更多的奇异粒子，如希格斯玻色子和中微子。

然而，大多数物理学家认为标准模型是不完整的。正如 Live Science 之前报道的那样，关于如何扩展它，有各种各样的想法，从超对称粒子(即“ stau slepton”)到超弦理论---- 所有的粒子和力都可以被解释为微小的多维“弦”的振动(注意: 超弦理论的“弦”与宇宙的“弦”不是一回事只有那么多比喻可用，有时不同领域的物理学家会重复使用其中一个。)

Hern ndez 说: “标准模型的许多扩展，人们非常喜欢，就像许多超弦理论和其他理论一样，在宇宙大爆炸之后自然会产生宇宙弦。”。“因此，我们所拥有的是一个被很多模型所预测的物体，所以如果它们不存在，那么所有这些模型都将被排除在外。如果他们真的存在，我的天，人们会很高兴。”自2017年以来，人们对于在 CMB 中寻找字符串一直很感兴趣，hern ndez 和他的合著者在他们的论文中写道，这篇论文于11月18日发表在 arXiv 数据库中，还没有经过同行评审。

Hern ndez 和位于 Westmount 的玛丽安伯利学院的 Razvan Ciuca 在过去曾经争论过，卷积神经网络ーー一种功能强大的模式发现软件ーー将会是识别 CMB 中弦的证据的最佳工具。

他们在2017年的另一篇论文中写道，假设宇宙微波背景辐射的地图完美无噪，那么运行这种类型的神经网络的计算机应该能够找到宇宙弦，即使它们的能量水平(或“张力”)非常低。

但是在这篇2019年的新论文中，他们重新讨论了这个问题，结果表明，在现实中，几乎可以肯定地说，不可能为神经网络提供足够干净的 CMB 数据来检测这些潜在的字符串。其他的，更明亮的微波源使宇宙微波背景辐射变得模糊，很难完全分离。即使是最好的微波仪器也不完美，分辨率有限，记录精度从一个像素到下一个像素随机波动。他们发现，所有这些因素以及更多因素加在一起，造成了一定程度的信息丢失，而目前或计划中的记录和分析 CMB 的方法永远无法克服这种情况，他们写道。这种搜寻宇宙弦的方法是死路一条。

然而，这并不意味着一切都失去了，他们写道。

一种搜寻宇宙弦的新方法是基于测量宇宙在古代宇宙各个方向的膨胀。Hern ndez 说，这种被称为21厘米强度映射的方法并不依赖于研究单个星系的运动，也不依赖于 CMB 的精确图像。相反，它是基于测量氢原子离开地球的速度，平均而言，在深空的所有地方。

最好的21厘米测绘天文台(之所以这么命名是因为氢气释放出的电磁能量波长为21厘米)还没有上线。但是当他们到达时，作者写道，有希望在他们的数据中找到更清晰的宇宙弦的证据。然后，hern ndez 说，狩猎可以重新开始。

原文地址：今日头条