新浪科技訊 北京時(shí)間12月4日消息，時(shí)空中可能存在著“裂縫”，但人類的望遠(yuǎn)鏡還無法看到它們。這些古老的裂縫（如果確實(shí)存在的話）是大爆炸后極短時(shí)間里的殘余，當(dāng)時(shí)宇宙剛剛從一個(gè)更熾熱、更陌生的狀態(tài)，向我們今天看到的更冷、更熟悉的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。一項(xiàng)新理論稱，這場(chǎng)被物理學(xué)家稱為“相變”的大冷卻，在宇宙中發(fā)生的時(shí)間并不一致，某些地方要比其他地方開始得更早。更冷的宇宙部分形成氣泡，并在空間中擴(kuò)張，直到它們遇到其他氣泡。最終，所有的空間都發(fā)生了轉(zhuǎn)變，原來的宇宙消失了。

　　然而，這種古老的高能狀態(tài)可能存在于氣泡之間的邊界，時(shí)空結(jié)構(gòu)的冷卻區(qū)域在這里相遇，并沒有完全融合在一起，從而形成了裂縫。一些物理學(xué)家認(rèn)為，在宇宙微波背景輻射（CMB）中，我們可能仍能發(fā)現(xiàn)一些證據(jù)，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(gè)證據(jù)太微弱了，任何望遠(yuǎn)鏡都無法將其與噪音分辨出來。

　　論文作者之一、加拿大蒙麥吉爾大學(xué)的物理學(xué)家奧斯卡·赫爾南德斯（Oscar Hernandez）表示，宇宙弦是很難想象的物體，但在我們熟悉的世界里，也可以找到一些類比的東西。他說：“你有沒有在結(jié)冰的湖面上走過？你會(huì)注意到結(jié)冰的湖面上有裂縫嗎？湖面依然很堅(jiān)固，沒有什么可怕的，但是也存在裂縫。”

　　這些裂縫的形成過程就類似于宇宙弦的相變過程。“冰是經(jīng)過相變的水，”赫爾南德斯說，“水分子以液體的形式自由移動(dòng)，然后在某個(gè)地方，它們突然開始形成晶體……水分子開始連接成片，一般呈六邊形�，F(xiàn)在，想象你用一片片完美的六邊形瓷磚來鋪在湖面上。如果在湖的另一端，又有人開始鋪瓷磚的話，那你的瓷磚能排成一行的機(jī)會(huì)基本上為零。”

　　在結(jié)冰的湖面上，不完美的交匯處會(huì)形成長(zhǎng)長(zhǎng)的裂縫。在時(shí)空交織的結(jié)構(gòu)中，如果基礎(chǔ)物理理論是正確的話，就可能會(huì)形成宇宙弦。研究人員認(rèn)為，太空中存在著決定基本力和粒子行為的場(chǎng)。宇宙最初的相變產(chǎn)生了這些場(chǎng)。

　　“可能存在一個(gè)與某種粒子有關(guān)的場(chǎng)，在某種意義上，它必須‘選擇一個(gè)凍結(jié)和冷卻的方向’。而且因?yàn)橛钪嬲娴暮艽�，在宇宙的不同部分，這個(gè)場(chǎng)會(huì)選擇不同的方向，”赫爾南德斯說，“現(xiàn)在，如果這個(gè)場(chǎng)符合某些條件……那么當(dāng)宇宙冷卻下來時(shí)，就會(huì)有不連續(xù)的線，就會(huì)有無法冷卻的能量線。”

　　今天，這些交會(huì)點(diǎn)將以無限細(xì)的能量線的形式出現(xiàn)，穿過宇宙空間。埃爾南德斯指出，發(fā)現(xiàn)這些宇宙弦的意義重大，因?yàn)樗鼈儗⒊蔀樾碌淖C據(jù)，證明物理學(xué)比當(dāng)前模型所允許的更大、更復(fù)雜。

　　目前，最先進(jìn)的粒子物理學(xué)理論被稱為標(biāo)準(zhǔn)模型。該模型包括了組成原子的夸克和電子，以及其他更奇特的粒子，如希格斯玻色子和中微子。

　　然而，盡管能解釋許多奇特的現(xiàn)象，但大多數(shù)物理學(xué)家仍認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)模型是不完整的。研究人員提出了許多擴(kuò)展該模型的想法，比如超對(duì)稱粒子和超弦理論。超弦理論認(rèn)為，所有的粒子和力都可以解釋為微小的、多維的“弦”的振動(dòng)。值得注意的是，超弦理論中的“弦”與宇宙“弦”是不同的。由于可用的比喻并不多，有時(shí)不同領(lǐng)域的物理學(xué)家會(huì)重復(fù)使用同一個(gè)。

　　“人們十分看好的許多標(biāo)準(zhǔn)模型擴(kuò)展——比如超弦理論和其他許多理論——都會(huì)自然地導(dǎo)向（大爆炸后）暴脹產(chǎn)生的宇宙弦，”埃爾南德斯說，“所以我們得到了一個(gè)被很多模型預(yù)測(cè)的東西，如果它們不存在，那么所有這些模型都會(huì)被排除。”而如果我們能找到這些宇宙弦，那將是令人興奮的發(fā)現(xiàn)。

　　埃爾南德斯等研究者在11月18日發(fā)表于arXiv數(shù)據(jù)庫(kù)的論文中寫道，自2017年以來，人們對(duì)在宇宙微波背景中尋找宇宙弦產(chǎn)生了濃厚的興趣。

　　包括赫爾南德斯在內(nèi)的一些研究者曾認(rèn)為，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——一種強(qiáng)大的模式識(shí)別軟件——將是發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景中宇宙弦結(jié)構(gòu)證據(jù)的最佳工具。他們?cè)?017年的另一篇論文中寫道，假設(shè)有一張完美的、無噪聲的宇宙微波背景輻射圖，那么即使其能量水平（或“張力”）非常低，我們也有可能通過運(yùn)行這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)找到宇宙弦。

　　然而，在這篇2019年的新論文中，他們?cè)俅斡懻摿诉@個(gè)主題，并且指出，在現(xiàn)實(shí)中，幾乎肯定不可能為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供足夠清晰的宇宙微波背景數(shù)據(jù)，來檢測(cè)這些潛在的宇宙弦。其他更亮的微波源會(huì)使宇宙微波背景模糊不清，難以完全分離。即使是目前最好的微波儀器也不夠完美，分辨率有限，其記錄精度也會(huì)隨像素的變化而隨機(jī)波動(dòng)。研究人員寫道，他們發(fā)現(xiàn)所有這些因素加在一起，會(huì)造成一定程度的信息丟失，而任何當(dāng)前或計(jì)劃中記錄和分析宇宙微波背景的方法都無法克服這個(gè)問題。這種尋找宇宙弦的方法是行不通的。

　　但他們也寫道，這并不意味著一切就此結(jié)束。尋找宇宙弦的新方法之一，是基于測(cè)量宇宙在宇宙古代部分各個(gè)方向的膨脹。埃爾南德斯表示，這種被稱為“21厘米強(qiáng)度測(cè)繪”（21 centimeter intensity mapping）的方法不依賴于研究單個(gè)星系的運(yùn)動(dòng)，也不依賴于宇宙微波背景的精確圖像。相反，它是基于在深空的所有部分測(cè)量氫原子離開地球的平均速度。

　　之所以稱為“21厘米強(qiáng)度測(cè)繪”，是因?yàn)闅湓�子�?huì)釋放出21厘米波長(zhǎng)的電磁能量。目前地球上還沒有能實(shí)施這一方法的天文臺(tái)。研究人員表示，一旦有足夠探測(cè)能力的天文臺(tái)上線，他們就有希望在數(shù)據(jù)中找到宇宙弦的更清晰證據(jù)，屆時(shí)距離宇宙弦的發(fā)現(xiàn)就不遠(yuǎn)了。（任天）