什麼是宇宙弦?宇宙弦是否存在?答案可能藏在這種輻射中!

2021-02-15 科學解碼

微波背景輻射是宇宙中最古老的光,自大爆炸之後,穿越了漫長的時間與空間後成為了微波,充盈在整個宇宙空間裡,掩蓋了無數未知的秘密,宇宙弦便是其中之一。

近期,來自加拿大麥吉爾大學的研究人員奧斯卡·赫爾南德斯等在收錄全球科學文獻預印本的在線資料庫arXiv.org上分享了一種觀點,即可利用卷積神經網絡程序在龐雜的宇宙微波背景輻射的「噪音」中找尋某一特定宇宙弦的蹤跡。

但該方法目前實踐起來,仍困難重重,因為現實中幾乎不可能得到足夠清晰的宇宙微波背景數據供該程序「追蹤」宇宙弦。因此,研究人員將希望寄託於「21釐米氫線的擾動強度測量」這種新型的探測方式上。

宇宙弦究竟是什麼?為何讓諸多天文學家、物理學家為之著迷不已?「21釐米氫線的擾動強度測量」如何為人們找尋宇宙弦提供新思路?

大爆炸理論是目前學界多數學者認同的宇宙形成理論,也是現代宇宙學中最有影響力的一種學說。然而,該理論並非完美無瑕。

大爆炸理論認為,宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期裡,宇宙在不斷地膨脹,使物質密度從密到稀地演化,即宇宙是由一個緻密熾熱的奇點於一次大爆炸後膨脹形成的。

理論上講,這種演化在大尺度上應是均勻且各向同性的。但事實上,天體高密度聚集成星系、雲團等瀰漫在近乎真空的星際間。

實踐是檢驗真理的唯一標準。這種不均勻的宇宙事實顯然急需一種新的解釋。是什麼導致了恆星、星系等一些破壞宇宙均勻性的巨大團體形成?有學者便提出了「宇宙弦」這一概念。他們認為,宇宙中也許充斥著大量的宇宙弦,憑藉其強大的引力將周圍的物質吸引過來,成為恆星、星系誕生的「種子」。只不過以現有的探測手段尚未發現宇宙弦的蹤跡。

那麼,宇宙弦究竟是什麼?

「在回答這個問題之前,我想先提一個大家相對比較熟悉的名詞:相變。」中國科學技術大學物理學院天文系教授蔡一夫在接受科技日報記者採訪時說。

相變在我們日常生活中比比皆是,例如水凍成冰、鐵磁體變成順磁體等。我們的宇宙所經歷的歷史就是一個不斷發生相變的熱膨脹歷史,在這個過程中有基本粒子的產生,基本粒子凝合成元素,元素最後結合出我們見到的熟悉的物質結構。「相變過程伴隨著能量釋放,而能量釋放的一種方式就是前面所提到的形成各個層次的粒子結構。」蔡一夫表示,「宇宙弦就是宇宙經歷相變時釋放能量形成的一根根與當時的宇宙尺度相當的繩子一樣的能量結構。」

當然,能量釋放的結果也有其他的形態,如宇宙牆或者磁單極子。但是從理論上分析,這樣的形態遠不如基本粒子、宇宙弦穩定,會在宇宙演化後期消失掉。

而宇宙弦異常穩定和堅固,從而有可能在宇宙中存活下來並遺留到現在。因此,即便宇宙弦是否存在尚未獲得「實錘」,但還是吸引了國內外眾多學者的殷殷目光。

相關焦點

  • Cosmic String 宇宙弦
    中文名:宇宙弦 外文名:Cosmic string釋 義:假設性的、理論上可能存在的時空 命名原因:可能為封閉的環,可作弦式振蕩形態此種物質的形態可能為封閉的環,可作弦式振蕩,所以取名宇宙弦。當然那不是樣樣東西都可以重正則化,你要好巧妙地把式定成:(無限)-(無限+少少)=(少少),否則答案會是零,或答案尚是無限,最成功的例子是利用重正則化解釋蘭伯移動(Lamb Shift),蘭伯移動解釋在一條軌道上的兩個粒在不同狀態下的粒子(旋上旋下)能量有少許分別,所以旋上電子變成旋下電子會放出21.11cm微波輻射.
  • 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。
  • 宇宙中可能有"裂縫":從地球上還無法觀測到的宇宙弦
    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。不過,一篇新論文指出,這個證據太微弱了,任何望遠鏡都無法將其與噪音分辨出來。
  • 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。
  • 宇宙弦可製造「時間機器」?
    騰訊科學訊 據國外媒體報導,宇宙擁有令人恐懼的浩淼時空,巨大的跨度讓星際旅行變得非常困難,科學家試圖在研究如果利用宇宙的基本屬性來形式超光速旅行。
  • 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?
    顯然,我們的宇宙仍然存在,但研究人員尚不確定這是為什麼,在宇宙起源之初究竟發生了什麼打破了天平的平衡。答案可能涉及到一種被稱為中微子的非常奇怪的基本粒子,它們不帶電荷,因此既可以作為物質也可以作為反物質。一種觀點認為,大爆炸後大約100萬年,宇宙冷卻並經歷了相變,這一過程類似於沸水將液體轉化為氣體的過程。
  • 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
    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。
  • 「宇宙弦」或可解釋宇宙存在之謎,能發布可被檢測的重力波
    既然物質與反物質接觸後相互湮滅,為何宇宙可以存在?科學家最近意識到,或許我們可以通過檢測宇宙弦產生的極微小重力波來解決這個謎團。我們的宇宙由物質、暗物質與暗能量構成,從原子到黑洞等所有人事物,我們所看見、摸見的全都是物質。
  • 物理學家觀測到宇宙弦新跡象,但仍需證實
    這種模式的頻率也有可能來自脈衝星中的一些未知的、常見的噪聲源,或者是來自測量光點到達地球的時鐘中的噪聲源。物理家們已經開始對猜測納格拉夫(NANOGrav)的試探性信號進行宇宙範疇內的解釋,儘管這個信號缺乏一種確鑿的特徵,可以證明它是引力波:脈衝星計時中的一種關聯性,它的出現是因為引力波以交替的方式拉伸和擠壓時空。
  • 宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的蟲洞!
    不過,目前科學家從未證實過蟲洞的存在,更不用說從蟲洞中穿越了。 近日,加州大學聖芭芭拉分校的付子操、Brianna Grado-White和Donald Marolfa在預印本文庫網站發了兩篇論文,他們構造了一個可穿越蟲洞的新模型。根據他們的研究,這樣的蟲洞可以在宇宙學常數等於0的時空中存在。
  • 尋找如何創造空間跳躍的途徑,宇宙弦的建立
    早在二十世紀三十年代中期的時候,著名的研究者愛因斯坦和另外一個研究者,他們對外發布的一篇文章中提到了一個讓人非常震驚的理論,在這邊文章中指出,在宇宙空間中存在一種十分特殊的渠道,之所以特殊,是因為這個渠道可以連接兩個非常遙遠的時空。研究者並將這一文章提出來的這種渠道稱之為愛因斯坦-羅森橋。
  • 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。
  • 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?
    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。而對於宇宙弦來說,它們是一種宇宙的結構 ,但是現在它仍然處於一種假設的存在狀態,而這種理論認為在宇初見成效大爆炸的過程當中,由於超高溫而形成了一種弦狀結構,這種結構則被稱為宇宙弦。
  • 宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的蟲洞
    不過,目前科學家從未證實過蟲洞的存在,更不用說從蟲洞中穿越了。近日,加州大學聖芭芭拉分校的付子操、Brianna Grado-White和Donald Marolfa在預印本文庫網站發了兩篇論文,他們構造了一個可穿越蟲洞的新模型。根據他們的研究,這樣的蟲洞可以在宇宙學常數等於0的時空中存在。
  • 大願說禪—宇宙弦的啟示
    2009年8月18日,著名的科學家,《時間簡史·果殼中的宇宙》的作者霍金,在北京國際會議中心做了一個演講,題目就是《宇宙的起源》,基礎的理論就是當代自然科學理論,物理學的前沿理論——弦論。有些人還是沒有想清楚,他就會反駁說:「就算是最前沿的弦論說的宇宙弦,無論這個宇宙弦是多麼多麼的小,無論我們的實驗能不能看見它,人們能否觀察到它呢?但是宇宙弦總歸是客觀的存在,它們是組成物質世界最基本的單元,因此物質世界也還應該是客觀實在的。」其實這種說法不對,為什麼?
  • 恆星內部會存在某種外星生命嗎?宇宙弦和磁單極代替DNA的角色
    ,但我們不知道它是否會產生某種類似DNA的結構,從而允許進化。該團隊沒有依賴純核相互作用來扮演DNA的角色,而是提出了宇宙弦和磁單極子的概念。宇宙弦是一種假想的裂縫,可能是早期宇宙在物質產生過程中經歷相變時形成。
  • 朱清時院士:我們現實的物質世界,其實是「宇宙弦」演奏的一曲壯麗的交響樂!
    下面這則消息,就說明了這種狀況:中新網北京8月19日消息:霍金在昨天的科普報告過程中只贏得了兩三次掌聲,全場幾乎沒有會心的笑 —— 他的理論太玄奧,以至於大多數來自北大、清華的學子都說沒太聽懂。據北京晨報報導,昨天下午,北京國際會議中心排起數百米的長隊。門口有人私下兜售門票(最少500元一張)。詢問退票的人也不少,大家都期待著一睹霍金風採。
  • 什麼是「空間跳躍」?如果人類掌握「空間跳躍」是否可以瞬間轉移
    那麼接下來就讓我們進一步了解什麼是空間跳躍,以及如果人類掌握「空間跳躍」後,是否可以瞬間轉移。什麼是「空間跳躍」其實關於「空間跳躍」在剛開始的時候,小編也跟大家簡單的說了一下,那就是最簡單的了解從宇宙的一個地方瞬間轉移到一另一個地方。但什麼是「空間跳躍」呢?
  • 宇宙中物質與反物質為何不對稱?答案或在引力波
    答案或在引力波  本報記者 劉 霞  今日視點  現有的宇宙大爆炸理論認為,我們身處的宇宙源於138億年前的一次大爆炸,但這一理論也認為,大爆炸時產生了等量的物質和反物質,而正反物質相遇時會彼此湮滅,使一切煙消雲散。  但宇宙間的萬事萬物又的確存在,這中間發生了什麼曲折離奇的故事呢?
  • 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。