神秘的宇宙弦,可能是時空的裂縫!1.6公裡就與地球質量相同

2021-01-15 博科園

在宇宙弦可能出現的最早時刻之一，宇宙裂開了，這些裂縫（這些時空本身的缺陷和裂縫）甚至可能會持續到今天。一個早已逝去的時代的產物，一個由外來力量和奇怪能量統治的時代可能會持續下去。宇宙可能充滿了所謂的宇宙弦，這些時空缺陷，雖然我們還沒有任何證據證明它們的存在，但宇宙弦可能仍然存在。宇宙大爆炸模型非常簡單：很久以前，宇宙非常小，非常熱，非常稠密，在大約138.2億年前的某個階段，宇宙是如此之小，如此炎熱，如此緻密，以至於它處於一種完全不同的基本狀態。

我們今天所知道的四種自然力曾一度融合成一種統一的力，隨著宇宙冷卻並在十億分之一的前十億分之一秒內膨脹(為了安全起見，可能還會在此基礎上再增加幾個億分之一)，這些力就會一個接一個地分離開來。這是一個激進的相變，在此期間宇宙完全改變了性質，但就像所有其他相變一樣，它可能並不完美。

或者，至少，在整個宇宙中，它可能不是以完全相同的方式在完全相同的時間發生。為了理解這一點，我們舉一個更加平凡和熟悉的例子：一個冰塊託盤。當你把水放入託盤並將託盤粘在冰櫃中時，水最終會達到足夠冷的溫度，從而改變相，從液體變為固體，而且這種相變並不是在整個冰塊中完美地發生的。

當水從液體轉變為冰凍時，它開始於所謂的成核點，這是即將出現冰塊中的某個隨機點，它開始形成我們稱之為冰的晶格，從這一點開始，相變向外擴散，包括所有的水，分子在一個特定的方向排列得很好，很整齊。但成核點並不一定是孤立的，相變在水中擴散需要時間，在此期間，另一個成核點可以開始形成自己的晶格。

這一點很可能決定與第一點完全不同的方向。最終結果是，冰塊有缺陷；它在整個體積中並不是完全透明的，這一點肉眼是顯而易見的。拿起一塊冰塊，盯著看，你會看到裂縫和牆壁，有時甚至會出現氣泡，這些是當晶格中兩組不同相變沒有完全對齊時產生的殘留缺陷。所以，就拿這個例子來說，把它放大一萬億或一萬億度左右，你就有了一張早期宇宙的圖景。


宇宙美麗的瑕疵


正如你可能想像的那樣，當宇宙的相位變化和自然力彼此分離時，在時空中留下的缺陷和裂縫比冰塊中的一些缺陷更奇怪，更有異國情調。這個過程留下的一些最常見缺陷是所謂的宇宙弦。這些與弦理論的弦無關，它們被恰當地稱為超弦（可能有一種方法可以從超弦生成宇宙弦，但我們現在不打算討論這一點）。這些宇宙弦從可觀測宇宙的一端延伸到另一端，是時空本身的一維缺陷。隨著宇宙的增長，弦也隨之增長，因為它們只是空間底層結構的一部分，因此，隨著時空的擴展，弦也是如此。

然而，宇宙弦並不完全是一維的，宇宙弦的寬度取決於相變發生的確切時間和方式，但大多數理論將它們放在大約一個質子的寬度。宇宙弦本身沒有質量；宇宙弦不像是由什麼東西組成，就像我們是由原子組成的。但由於宇宙弦是時空中的皺紋，它們確實具有張力，因為時空中的變形是引起引力的原因，這種張力使它看起來好像宇宙弦確實有質量。質量取決於弦的密度和張力水平，得到的數值都取決於所採用的特定理論。

但一個很好的經驗法則是：1英寸(2.5釐米)的宇宙弦質量大約與珠穆朗瑪峰相同，1英裡(1.6公裡)的宇宙弦質量將與地球質量相同，請記住，這些宇宙弦從可觀察宇宙的一端延伸到另一端。這些宇宙弦周圍的條件非常奇怪，因為它們彎曲了周圍的空間和時間，如果你繞著一個圓圈旅行，你會發現你必須旅行不到360度才能回到起點。這看起來幾乎是不可能的，但這就是圍繞著宇宙弦彎曲時空中的生命。


稍微擺動一下

重要的是，宇宙弦會擺動，有時宇宙弦擺動得如此劇烈，以至於宇宙弦把自己套在自己身上，掐斷自己，並在剩餘部分之外發出一個閉合的環路，有時兩個或更多「斷」宇宙弦會找到彼此，稍微擺動一下，然後相交，以這種方式切斷自己，有時扭動變得特別劇烈，形成以光速上下移動的扭結和尖端。所有這些擺動使得宇宙弦可能被檢測到，閉合環的扭結和尖端產生引力波。這些引力波削弱並最終溶解弦，謝天謝地，這需要很長時間。

所以如果在早期宇宙中產生了任何弦，它們今天應該仍然存在。目前還沒有從宇宙弦中探測到任何引力波，未來，隨著雷射幹涉儀引力波天文臺的升級，或者由歐洲雷射幹涉儀空間天線太空飛行器進行的測量，科學家們也許能夠做到這一點，該太空飛行器計劃在本世紀30年代中期發射。

然而，還有另一種技術可以讓我們看到宇宙弦，光將在宇宙弦附近被分裂，所以如果其中一個恰好正好落在我們視線範圍內到一個遙遠的星系，那個星系的圖像將被分裂成兩個。科學家們一直在尋找這一證據，但也徒勞無功，但得出了與引力波相同的結果：沒有任何宇宙弦的跡象。

如果有任何宇宙弦留在我們的宇宙中，它們不可能有很大的張力，因此會有大量的質量；否則我們現在應該已經看到它們了。但是宇宙弦一般是由我們關於早期宇宙相變的理論預測。因此，要麼科學家對宇宙弦的理解是錯誤的(很可能是這樣)，要麼是對早期宇宙的理解是錯誤的(也可能是這樣)。無論如何，如果最終能夠探測到宇宙弦，它將幫助我們解開宇宙中一些最深的謎團！


博科園｜文：Space/Paul Sutter（俄亥俄州立大學天體物理學家）

博科園｜科學、科技、科研、科普

關注「博科園」看更多大美宇宙科學哦

交流、探討、學習、科學系產品購物

請下載我們手機App：博科元

相關焦點

  • 探測時空裂縫—宇宙弦
    一些物理學家認為，快速冷卻可能破壞了宇宙的結構。這些細線狀的裂痕可能仍然存在於時空中，我們稱之為宇宙弦。在現有的數學模型中，宇宙弦被看作是由純能量組成的隱形弦，這些弦的直徑比原子小但長度可達數光年。它們所含的巨大能量使其非常沉重：幾釐米的宇宙弦可能和珠穆朗瑪峰一樣重。
  • 反物質之謎、宇宙起源、時空旅行……這些都和神秘的「宇宙弦」有關?
    他們提出，這種變化將會產生極長極細的被稱為「宇宙弦」的能量線，這些能量線時至今日仍然遍布宇宙。這項研究結果發表在1月28日的《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。Dror和他的團隊意識到這些宇宙弦極有可能在時空中產生非常微小的漣漪，即引力波。探測這些引力波，我們就能發現這個理論是否正確。
  • 宇宙中可能有"裂縫":從地球上還無法觀測到的宇宙弦
    北京時間12月4日消息，時空中可能存在著「裂縫」，但人類的望遠鏡還無法看到它們。
  • 宇宙中可能有＂裂縫＂:從地球上還無法觀測到宇宙弦
    時空中可能存在著「裂縫」，但人類的望遠鏡還無法看到它們。這些古老的裂縫（如果確實存在的話）是大爆炸後極短時間裡的殘餘，當時宇宙剛剛從一個更熾熱、更陌生的狀態，向我們今天看到的更冷、更熟悉的狀態轉變。然而，這種古老的高能狀態可能存在於氣泡之間的邊界，時空結構的冷卻區域在這裡相遇，並沒有完全融合在一起，從而形成了裂縫。一些物理學家認為，在宇宙微波背景輻射（CMB）中，我們可能仍能發現一些證據，表明這些被稱為「宇宙弦」的裂縫或瑕疵的存在。
  • 我們的宇宙充滿時空裂縫,那不是可能崩塌嗎
    一些物理學家認為，快速冷卻可能破壞了宇宙的結構。這些細線狀的裂痕可能仍然存在於時空中，我們稱之為宇宙弦。在現有的數學模型中，宇宙弦被看作是由純能量組成的隱形弦，這些弦的直徑比原子小但長度可達數光年。它們所含的巨大能量使其非常沉重：幾釐米的宇宙弦可能和珠穆朗瑪峰一樣重。
  • 我們生活在一個充滿時空裂縫的宇宙中?
    現在，還從未有人探測到這種「宇宙弦」的存在，但引力波的發現可能會改變這一局面。我們的宇宙從大爆炸開始，就以驚人的速度膨脹並冷卻下來。也許這個過程實在太快了。一些物理學家認為，快速冷卻可能破壞了宇宙的結構。這些細線狀的裂痕可能仍然存在於時空中，我們稱之為宇宙弦。在現有的數學模型中，宇宙弦被看作是由純能量組成的隱形弦，這些弦的直徑比原子小但長度可達數光年。
  • Cosmic String 宇宙弦
    宇宙弦（Cosmic string）是假設性的、理論上可能存在的時空。假設宇宙弦是成立的，在不同時空產生第一階段變化時，在域邊界取得了的兩個地區之間的那個「弦」。這有點類似於界限之間形成晶體顆粒，晶體顆粒在凝固的液體，或裂縫形成時，水凍結成冰（ρ<水）。
  • 宇宙弦可製造「時間機器」?
    騰訊科學訊
  • 物理學家觀測到宇宙弦新跡象，但仍需證實
    脈衝星從它們的兩極發射出無線電波，因此每當這些電波經過我們的視線時，我們可以從地球上方看到有規律的閃光，就像燈塔的閃光一樣。然而事實上，脈衝星的閃爍點看起來是如此得不規則，以至於在1967年發現第一顆脈衝星時，就被命名為LGM-1，意為 "小綠人"。
  • 銀河系發現一條2.3億光年蛇形曲線,專家稱其可能是宇宙弦?
    穿越時空的愛戀或許是每一個對愛情充滿憧憬人的一種神秘嚮往，能夠進行時間旅行，找到必屬於自己前世的愛情，將會是一種非常浪漫的事情，那麼時間旅行的實現究竟是如何才能實現的呢？最近科學家聲稱，銀河系的中心已經發現了神秘的宇宙弦，或許這一發現會讓人類實現自己的時間旅行喲。
  • 宇宙弦理論
    另外一個時空旅行愛好者津津樂道的理論是宇宙弦理論。宇宙弦理論說的是，在不斷膨脹的宇宙中，有貫穿整個宇宙的能量管。這些細細的管子，是早期宇宙的殘留，據說質量非常之大，可以造成周圍時空的巨大彎曲。
  • 尋找如何創造空間跳躍的途徑,宇宙弦的建立
    事實上，這一渠道也是天文研究者經常說的蟲洞，通過這樣的一個渠道可以讓兩個時空之間進行連接，甚至這些研究者還指出，可以通過這樣的一條渠道進行時空與時空之間的旅行。如何實現在這樣的一個渠道中進行穿梭旅行？怎樣才能讓兩個遙遠時空達到互通狀態呢？對此，研究者又提出來超能量弦來實現空間跳躍。
  • 隱藏在時空的裂縫間,有可能存在更高維度
    今天我們和大家一起來盤點一下宇宙中最奇妙的存在：它隱藏在時空的裂縫間，也有可能存在著更高的維度。雖然我們都非常了解它，但是卻誰也不懂它。他是由恆星發生坍縮聚變以後產生了一個密度極大而且質量極大的恐怖存在。
  • 時空的漣漪可以解釋宇宙的神秘存在
    物理學家認為，膨脹最初會產生相同數量的物質和反物質，當它們接觸時會相互抵消。 但是隨後發生了一些事情，使天平傾向於物質，使我們現在能夠看到和觸摸的一切事物都存在。 這項發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上的新研究表明，這種解釋背後的時空波動很小。
  • 《DNF》時空裂縫在哪 時空裂縫位置一覽
    導 讀 地下城與勇士時空裂縫可以說是一個時代版本的象徵，現在說起來許多玩家可能都會印象模糊了，這裡其實就是
  • DNF時空裂縫深淵攻略 時空裂縫在哪及入口介紹
    DNF時空裂縫深淵攻略，時空裂縫在哪及入口介紹。繼魔界裂縫之後，dnf官方又推出了時間裂縫深淵模式，這個模式完全不同於魔界裂縫，更像是一種加強版深淵模式。
  • 宇宙暗處可能存在時空裂縫,通過它可能實現空間穿梭或者時間旅行
    雖然時空穿梭還是處於理論猜想中的事物，但是科學家在不斷的觀測研究中，已經在宇宙中找到了一些蛛絲馬跡。比如科學家發現，宇宙暗處可能存在時空裂縫。這些時空裂縫的背後有可能就是類似於蟲洞這樣的空間通道。可能在很多人看來，我們的宇宙光滑平靜，可是當我們將宇宙放大很多倍的時候，你就會發現，在這個看似光滑穩定的宇宙膜上，存在著很多的裂縫。這些裂縫就是空間裂縫，如果能夠將這些裂縫撐開放大，有可能就會形成一個個蟲洞。在愛因斯坦相對論的指導下，有靜止質量的物體速度只能無限接近光速，而無法達到更無法超越光速。
  • DNF時空裂縫在哪?時空裂縫任務完成指引
    DNF時空裂縫是11月30日全新開放的深淵模式，不過有些玩家還不太了解這個全新深淵地圖該怎麼進入，下面就讓小編為大家詳盡的介紹一下吧。　　時空裂縫在哪?　　時空裂縫是一種全新模式的深淵地圖，玩家在魔界營地和中央公園地圖都能進入該地圖，不過進入之前需要玩家完成相對應的前置成就任務。
  • 如果用直徑1納米的細絲快速切割人體,會有什麼後果?
    如果把石墨烯製成1納米厚的細絲，然後用它來快速切割人體，結果會怎樣呢？關於這個問題，很多人可能會首先想到《三體》中的「飛刃」。如果用一納米粗的細線割開人體，作用距離超過1納米的分子間作用力不會被破壞掉，範德華力仍然能夠維繫住分子，這就像「抽刀斷水」一樣無濟於事。因此，人的身體不會被納米線一分為二，而是會保持完整，納米細線會直接穿過身體。
  • 地球或大變?「第五大洋」可能在形成,專家:裂縫已有56公裡
    另外，地球上有七大洲四大洋，這些地形的形成則是由於在漫長的時間內，地殼不斷發生變化所導致。時至今日，地球仍舊處於不斷變化中，在幾千萬年幾億年之後，地球的模樣又會與現在截然不同。根據科學家的研究發現，地球或大變？「第五大洋」可能在形成中，目前裂縫已有56公裡。另外，有研究表明，大約在500—1000萬年之後，地球上會有「第五大洋」形成。