北京时刻12月4日音讯,时空中或许存在着“裂缝”,但人类的望远镜还无法看到它们。这些陈旧的裂缝(假如的确存在的话)是大爆炸后极短时刻里的残余,当时世界刚刚从一个更火热、更生疏的状态,向我们今日看到的更冷、更熟悉的状态改变。一项新理论称,这场被物理学家称为“相变”的大冷却,在世界中发生的时刻并不一致,某些地方要比其他地方开始得更早。更冷的世界部分形成气泡,并在空间中扩张,直到它们遇到其他气泡。终究,一切的空间都发生了改变,原来的世界消失了。
但是,这种古老的高能状况或许存在于气泡之间的鸿沟,时空结构的冷却区域在这里相遇,并没有彻底交融在一起,从而形成了裂缝。一些物理学家认为,在世界微波背景辐射(CMB)中,我们或许仍能发现一些依据,表明这些被称为“世界弦”的裂缝或瑕疵的存在。不过,一篇新论文指出,这个依据太微弱了,任何望远镜都无法将其与噪音分辩出来。
论文作者之一、加拿大蒙麦吉尔大学的物理学家奥斯卡·赫尔南德斯(Oscar Hernandez)表明,宇宙弦是很难幻想的物体,但在我们了解的世界里,也能够找到一些类比的东西。他说:“你有没有在结冰的湖面上走过?你会注意到结冰的湖面上有裂缝吗?湖面仍然很巩固,没有什么可怕的,可是也存在裂缝。”
这些裂缝的构成进程就类似于宇宙弦的相变进程。“冰是经过相变的水,”赫尔南德斯说,“水分子以液体的形式自由移动,然后在某个当地,它们突然开端构成晶体……水分子开端衔接成片,一般呈六边形。现在,幻想你用一片片完美的六边形瓷砖来铺在湖面上。如果在湖的另一端,又有人开端铺瓷砖的话,那你的瓷砖能排成一行的时机基本上为零。”
在结冰的湖面上,不完美的交汇处会构成长长的裂缝。在时空交错的结构中,如果基础物理理论是正确的话,就可能会构成世界弦。研究人员以为,太空中存在着决定根本力和粒子行为的场。世界最初的相变产生了这些场。
“可能存在一个与某种粒子有关的场,在某种意义上,它有必要‘选择一个冻住和冷却的方向’。而且因为世界真的很大,在世界的不同部分,这个场会选择不同的方向,”赫尔南德斯说,“现在,假如这个场符合某些条件……那么当世界冷却下来时,就会有不接连的线,就会有无法冷却的能量线。”
今天,这些交会点将以无限细的能量线的方式出现,穿过宇宙空间。埃尔南德斯指出,发现这些宇宙弦的意义严重,因为它们将成为新的依据,证明物理学比当时模型所允许的更大、更复杂。
现在,最先进的粒子物理学理论被称为规范模型。该模型包括了组成原子的夸克和电子,以及其他更奇特的粒子,如希格斯玻色子和中微子。
但是,尽管能解释许多独特的现象,但大多数物理学家仍以为规范模型是不完整的。研究人员提出了许多扩展该模型的想法,比方超对称粒子和超弦理论。超弦理论以为,所有的粒子和力都可以解释为细小的、多维的“弦”的振荡。值得注意的是,超弦理论中的“弦”与世界“弦”是不同的。因为可用的比喻并不多,有时不同范畴的物理学家会重复使用同一个。
“人们非常看好的许多标准模型扩展——比如超弦理论和其他许多理论——都会自然地导向(大爆炸后)暴胀产生的世界弦,”埃尔南德斯说,“所以咱们得到了一个被许多模型预测的东西,如果它们不存在,那么所有这些模型都会被扫除。”而如果咱们能找到这些世界弦,那将是令人兴奋的发现。
埃尔南德斯等研究者在11月18日发表于arXiv数据库的论文中写道,自2017年以来,人们对在世界微波布景中寻觅世界弦产生了稠密的爱好。
包括赫尔南德斯在内的一些研究者曾认为,卷积神经网络——一种强大的模式识别软件——将是发现世界微波背景中世界弦结构证据的最佳东西。他们在2017年的另一篇论文中写道,假设有一张完美的、无噪声的世界微波背景辐射图,那么即使其能量水平(或“张力”)非常低,我们也有可能通过运转这种神经网络的计算机找到世界弦。
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