宇宙弦的奧秘：它們的斷裂為何震動宇宙，產生引力波？

你是否想過宇宙中是否存在一種神祕的物體 它們的直徑比原子核還要小 卻能橫跨整個宇宙 它們又是如何在宇宙的誕生中形成的呢 它們是否會影響我們所處的時空 甚至產生我們無法想象的現象呢 這種物體就是宇宙弦 它們是一種假設存在於宇宙最早時刻的殘留物 在大爆炸的第一秒內 宇宙經歷了幾輪劇烈的相變 自然力之間分離開來 許多宇宙學家認爲 這些相變遠非完美 每一次都在時空本身留下了缺陷 這些缺陷可能有各種形狀和性質 取決於早期發生的物理細節 宇宙弦可能是這些缺陷中最常見的一種 如果它們存在 它們將表現爲真正的奇異物體 宇宙弦的厚度不會超過一個質子 但它們卻非常密集 一英里的弦的重量會超過整個地球 它們也幾乎是不可摧毀的 在新的研究之前 這項研究還沒有提交進行同行評審 科學家們認爲宇宙弦是穩定的 一旦宇宙弦形成 它們就一直存在 從大爆炸的最早時刻一直到現在 減少宇宙弦的唯一方法是 兩條宇宙弦相交 或者一條宇宙弦自己形成一個環 一旦發生這種情況 隨之而來的振動 會迫使宇宙弦衰變成一陣粒子和高能輻射 但是從宇宙弦發出的這樣的信號 從來沒有被發現過 到目前爲止 天文學家也沒有發現它們存在的證據 這對宇宙學提出了一個挑戰 因爲許多早期宇宙的模型預測了宇宙弦的存在 那麼如果量子弦在大爆炸期間大量產生 它們都去哪裏了呢 也許宇宙弦並不像我們曾經認爲的那樣穩定 根據日本物理和數學宇宙學研究所的研究人員領導的新研究 宇宙弦可能不是穩定的 而是亞穩定的 亞穩定是物理世界中普遍存在的一種現象 它發生在一個系統 可以找到一個穩定的位置 並保持在那裏無限長的時間 但是任何偏離這個位置的變化 都會導致系統找到一個新的排列 舉個例子 你可以想象一下 一個大石頭從山坡上滾下來 一種非常動態不穩定的情況 如果它在山坡上的一個凹陷處暫時停下來 那這個大石頭現在就是亞穩定的 如果沒有什麼打擾它 這個大石頭可以永遠待在那個凹陷裏 但是如果有人輕輕推了那個石頭一下 那個石頭立即就會從凹陷裏掉下來 繼續往山下滾 研究人員發現 其他奇異的實體稱爲磁單極子 可以使宇宙弦不穩定 磁單極子 純北極或純南極的磁性粒子 也可以在早期宇宙的相變過程中產生 在宇宙弦附近 單極子可以和反單極子形成 然後立即相互湮滅 釋放出的能量可以將宇宙弦減成兩半 觸發一個使宇宙弦最終溶解的不穩定過程 根據研究作者的說法 隨着宇宙弦的溶解它會振動 而這種振動可以引發引力波的形成 因此宇宙中可能沒有多少宇宙弦留下來 這解釋了爲什麼我們到現在還沒有發現它們 但它們的引力信號可能仍然存在 的確 研究人員指出 最近發現的引力波背景 可能是這些亞穩定宇宙弦的信號 天文學家將需要更詳細地研究背景波 以確定是宇宙弦還是其他來源 比如碰撞的黑洞