宇宙大爆炸又有新發現？物理學家觀測到宇宙弦新跡象，但仍需證實

在恆星的發條式閃爍中，其微妙畸變現象可能成為 "本世紀的最偉大成果"——其認為這些畸變，是由宇宙誕生時遺留下來的巨大絲狀網絡造成的。

該動圖為對膨脹宇宙中的宇宙弦的模擬。白色的弦比宇宙中可觀察到的部分要長，而比可觀察到的部分短些的環路則用紅色顯示；新形成的小環路為黃色。

宇宙學家認為，在宇宙誕生之初，所有的自然力在一瞬間內是統一的。但隨著宇宙的膨脹和冷卻，這種超力凝聚成了我們熟悉的部分：引力、電磁力和強弱力。

根據一些計算，宇宙冷卻的速度可能已經快到超乎我們預料，以至於時空的結構產生斷裂，形成了一個充滿純能量的細管網絡，並且其已延伸到整個可觀測宇宙的寬度。

宇宙弦的一種可能起源假說

早在20世紀70年代就有人預測過，宇宙弦早已超出了我們現有實驗可測量的範圍。不過，如今有一些物理學家認為他們已經瞥見了這些巨型一維結構存在的第一個證據。

歐洲核子研究中心（CERN）實驗室的理論物理學家凱·施米茨（Kai Schmitz）說："我的直覺告訴我，這些初步跡象看起來是非常有希望。"但他指出，在任何人宣稱發現有力證據之前，還有很長的路要走。

"如果我們發現了宇宙弦，這將是本世紀最偉大的成果。"倫敦國王學院(King 's College London)研究早期宇宙的宇宙學教授尤金·林(Eugene Lim)表示："但引用卡爾·薩根的話來說——'非凡的主張需要非凡的證據'。然而，現階段的證據有點單薄。"

"雖然，現在所顯示的數據似乎更傾向於宇宙弦的這一種解釋，但數量也並沒有多到足以證明。"——約翰·埃利斯

假設一：脈衝星的擺動

來自納格拉夫項目（NANOGrav）的新數據可能表明宇宙弦的存在。納格拉夫項目——是一個由天文學家組成團隊，並一直在密切關注著幾十顆被稱為脈衝星的旋轉死亡恆星。

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"。

由於脈衝星是最精確的宇宙計時器。因此，當它們的閃爍點被扭曲時，物理學家就會立馬知道其中出了問題。其中特別是，研究人員尋找到由引力波造成的扭曲——時空中的漣漪，當引力波穿過脈衝星時，會改變閃爍點到達地球的時間的時間。這些引力波可能來自於宇宙弦的顫動、超大質量黑洞的碰撞，或者其他猛烈的宇宙過程。

納格拉夫項目（NANOGrav）的最新分析報告於9月9日在線上發布，其匯總了12年多來對分布在北美各地的射電望遠鏡上觀測到的幾十顆脈衝星的數據結果。目前，這篇論文仍在接受同行評審，但研究人員發現，有某些東西以同樣的方式扭曲了所有脈衝星發出的閃爍點，其頻率與預期的引力波相同。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。科學家們還需要更多的脈衝星計時數據，才能確定他們的信號是否具有這一關鍵特徵。

"我們還不能確定它是噪音，還是引力波信號。"國際脈衝星計時陣列（包括納格拉夫NANOGrav在內的項目聯盟）前主席阿爾貝託·塞薩納（Alberto Sesana）說。

假設二：宇宙射線

納格拉夫（NANOGrav）的論文在從事宇宙弦研究的物理學家中，引起了特別迅速的反應。施米茨（Schmitz）表示："這就是所謂的法拉利追逐賽……每個人都急切地想讓自己的第一篇論文發出來，成為一個奠定歷史的開拓者。"當他聽到納格拉夫的這個消息時，他正在義大利山區徒步旅行，他在周末興奮地與他的同事西蒙·布拉西（Simone Blasi）在WhatsApp上聊這件事。

幾天之內，他們就發布了一篇與維德蘭·布爾達（Vedran Brdar）合著的論文，他們認為如果宇宙弦是在宇宙有一定的超高溫時產生的，那麼這些數據就可以被解釋為來自宇宙弦。施米茨（Schmitz）表示，這個溫度在物理學家中 "總會敲響警鐘"，因為在這一點上——強力、弱力和電磁力被認為是統一的。

在宇宙大爆炸之後，統一的超強力會通過一系列的相變（就像液態水凍結成冰一樣），分離出我們如今能看到的自然力。這種雜亂無章的偶然過程可能會創造出宇宙弦作為時空的裂縫，就像我們能在冰塊裡面看到的裂縫一樣。

宇宙會不斷膨脹，宇宙弦也隨之增長。但每隔一段時間，這些弦就會自我摺疊，或者與其他弦相撞，導致迴路環在能量爆發時被切斷。這些弦環會在數十億年的時間裡持續擺動，隨著它們在釋放引力波的過程中逐漸失去能量。"這種現象和你撥動小提琴上的琴弦時非常相似。"施米茨（Schmitz）解釋道。

位於西維吉尼亞州的格林班克天文臺，是納格羅夫項目（NANOGrav）使用的幾臺射電望遠鏡之一。

總的來說，這些振動迴路會產生納格羅夫項目（NANOGrav）可能觀測到的那種引力波信號。然而，這種信號LIGO（探測黑洞和中子星碰撞的引力波天文臺）估計是觀測不到的。如果這些屬實，這將是物理學家打開——關於原始相變領域的第一扇窗戶。

另一種更具猜測性的可能性是，宇宙弦可能來自弦理論的微小振動弦。一些弦理論模型提出，在宇宙最初的快速膨脹過程中，弦可能已經成長到巨大的比例。這些類型宇宙弦的張力以及弦環如何斷裂的差異，將創造出一種獨特的引力波特徵，以區別於其他種類。

國王學院的粒子物理學家約翰·埃利斯（John Ellis），也同樣懷疑這些新數據是弦理論的證據："我認為這將是一個非常大的延伸。"

假設三：兩個巨型質量黑洞的合併

另外，納格羅夫項目（NANO Grav）發現可能的"引力波信號"可能來自超大質量黑洞，這與宇宙弦不同的是——超大質量黑洞是已知存在的。

幾乎每一個大型星系，包括銀河系，其中心都有一個超大質量黑洞，其質量是太陽的百萬或數十億倍。如果兩個星系合併，它們的黑洞就會開始圍繞對方旋轉，在它們旋轉時產生引力波。

像這種超大質量的黑洞合併目前從未見過。"令人尷尬的是，由於我們沒見過這種現象，所以不知道如何確切判斷它們是否合併。我們這在該領域的知識是一個空白。"普林斯頓大學的天文學家珍妮·格林（Jenny Greene）說："它們相互纏在一起是10億年？還是需要更接近宇宙的年齡，？"

在9月16日在線發表的一篇論文中，埃利斯（Ellis）和一位合作者發現，納格羅夫項目（NANOGrav）所發現信號的形狀看起來更像是宇宙弦的形狀，而不是超大質量的黑洞。"數據似乎更傾向於宇宙弦的解釋，但證據並不是很多。"埃利斯（Ellis）說。

其他研究人員已經探討了納格羅夫項目（NANOGrav）可能看到原始黑洞或暗物質輻射的可能性。但每個人都在謹慎行事，都只是進行了試探性的假設。

"就我個人而言，正確的做法是靜坐下來等待更多數據。但是，你要知道，我們這些物理學家們已經等得太長時間了。"格林（Greene）說。

除了納格羅夫項目（NANOGrav）外，歐洲的脈衝星定時陣列和澳大利亞的帕克斯脈衝星定時陣列也將在適當的時候，發布他們自己的數據。塞薩納（Sesana）認為，中國新的500米FAST望遠鏡和南非的MeerKAT望遠鏡陣列也正在加入國際上尋找脈衝星引力波的努力中，這將會在未來一段時間內進一步擴充數據量。"我們全人類都在共同努力收集和分析數據，以通過得到充足的數據，來探索在遙遠那一邊究竟發生了什麼。"

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撰寫：GolevkaTech

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