致命的“时空裂隙”横亘宇宙,以人类看不见的方式蛰伏着-MAAMX

摇摆振荡的宇宙弦会产生引力波,慢慢失去能量,最终消失。Matt DePies / UW

在宇宙形成的极早期,宇宙中出现过一种神秘的“时空裂隙”。它们横亘整个宇宙,且时至今日依然有可能存在。它有一个极易被混淆的名字——“宇宙弦”。它和“超弦理论”中的“弦”是两个概念——一个存在于大尺度上,一个则是宇宙的最小结构,但两者不可思议的程度不相上下。

138亿年前,宇宙还处于极小的状态中,一切都是高密和高温的。但在眨眼间,宇宙开始膨胀和冷却,四大基本作用力从此分化,万物逐一出现。

就像水变成冰,宇宙也发生了剧烈的“相变”,且这种“相变”是“不完美”的。宇宙各部分相变方式和时间的不一致,导致时空中出现了许多“瑕疵”。这些“瑕疵”就是“宇宙弦”。

这些“瑕疵”如同冰中的纹理一般,是一种“褶皱”和“裂隙”,但比后者要奇特得多。理论上它们是一维的。它们可以从宇宙的这头,延伸到宇宙的那头。它们会随着宇宙的膨胀而长大。因为它们本来就是时空不可分割的一部分。

但在现实中,它们的表现可能并不是一维的。它们有宽度,它们的宽度大致上相当于一个质子,差异取决于相变的时间和方式。它们本身是没有质量的,但由于它们是时空的瑕疵,因此它们有张力,会导致时空发生畸变,因而也会产生引力,导致它们具有质量的表现。

“宇宙弦”表现出来的质量大小,取决于它们张力的强度和密度。理论上,一条2.5厘米长的宇宙弦,其质量表现大约可以相当于一座珠穆朗玛峰;一条1.6千米长的宇宙弦质量可以相当于一个地球。

在宇宙弦的周围,经常会有怪事发生。因为宇宙弦会扭曲其附近的时空。比如宇宙飞船围绕宇宙弦一周,可能会小于我们通常认为的360度。

宇宙弦是会摇摆的,它摇摆的幅度还可能非常大。宇宙弦会因此首尾相接,形成“闭环”。宇宙弦之间还会互相影响,互相切割,甚至互相纠缠、折叠在一起。剧烈的摇摆,还会导致宇宙弦局部以光速运动。

宇宙弦的这些特性表明,它们是可以被发现的。弦的闭合和折叠会产生引力波。引力波会削弱宇宙弦,并最终导致它们消失。但这个过程极为漫长,因此早期宇宙产生的宇宙弦今天仍有可能存在。

我们可以寻找宇宙弦产生的引力波,也可以观测遥远的星系,看它们的影像是否被一分为二,籍此发现宇宙弦的存在。

但这一切也都有可能是徒劳的。“宇宙弦”是一个假说,有可能正确,也有可能错误。假如宇宙中真的存在宇宙弦,那么至少今天的它们可能已经失去了大部分的张力和质量,否则应该能够被我们发现。

或许只是因为某些未知的原因,或技术的局限,我们才看不到它们。假如它们确实存在,那么它们身上一定隐藏着许多与宇宙起源有关的线索。所以让我们祈祷它们能够继续摇摆下去,也希望星际旅行的时候不要遇到它们吧。

参考:

The Mysterious Cosmic Strings

https://www.space.com/mysterious-cosmic-strings-gravitational-waves.html