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宇宙弦可能會斷裂——當它們斷裂時，就會震動整個宇宙

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宇宙弦可能會斷裂——當它們斷裂時，就會震動整個宇宙


宇宙弦的數值模擬 。（圖片來源:Chris Ringeval）
據生活科學（保羅·薩特）：如何切割宇宙大小的量子弦？新的研究表明大爆炸的混亂是如何做到的，以及這些切割是如何導致宇宙充滿波動的引力波的 。
宇宙弦是宇宙最早期的假想殘留物 。在大爆炸的第一秒鐘內 ， 隨著自然力相互分離，宇宙經歷了幾輪激烈的相變 。許多宇宙學家認為這些轉變遠非完美，每一次都在時空本身留下了缺陷 。
這些缺陷可能具有多種形狀和屬性，這取決于早期發生的物理細節（很大程度上是未知和復雜的） 。宇宙弦可能是這些缺陷中最常見的一種，如果它們存在，它們將表現為真正的奇異物體 。它們的厚度不超過一個質子，從宇宙的一端延伸到另一端，密度大到一英里長的繩子將超過整個地球 。
它們也幾乎堅不可摧 。在這項尚未提交同行評審的新研究之前 ， 科學家們認為宇宙弦是穩定的 。一旦宇宙弦形成，它們就存在了，從宇宙大爆炸的最早時刻一直到今天 ?？s小宇宙弦的唯一方法是其中兩條相交，或者其中一條自身纏繞 。一旦發生這種情況，隨之而來的振動將迫使宇宙弦衰變為粒子雨和高能輻射 。
但是從來沒有發現過來自宇宙弦的這種信號，到目前為止，天文學家沒有發現它們存在的證據 。這給宇宙學帶來了挑戰，因為早期宇宙的許多模型都預測了宇宙弦的存在 。那么，如果大爆炸期間大量制造了量子弦，它們都去了哪里？
根據這項由日本Kavli宇宙物理和數學研究所的研究人員領導的新研究 ， 或許宇宙弦并不像我們曾經認為的那樣穩定 。弦可能是“亞穩態”的，而不是穩定的亞穩態是物理世界中普遍存在的一種現象，當一個系統發現自己處于一個穩定的位置并無限期地保持在該位置時就會發生這種現象，但從該位置的任何移動都會導致系統找到一種新的排列方式 。
舉個例子，想象一下從山坡上滾下來——這是一個非常動態、不穩定的情況 。如果你在山坡的一個草皮上暫時停下來，你現在處于亞穩態 。如果沒有什么打擾你 ， 你可以永遠呆在那個草皮上 。但是如果有人輕輕推你一下，你就會從草皮上掉下來，繼續向山下墜落 。
研究人員發現，其他被稱為磁單極子的奇異實體可以破壞宇宙弦的穩定 。磁單極子——純北或純南磁性粒子——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一起形成，然后迅速相互湮滅 。根據研究作者的說法，釋放的能量可以將宇宙弦切成兩半，引發一個不穩定的過程，迫使宇宙弦最終溶解 。
當宇宙弦溶解時 ， 它會振動，這種振動會引發引力波的形成 。因此 ， 宇宙中可能沒有留下多少宇宙弦，這解釋了為什么我們到目前為止還沒有發現任何宇宙弦——但它們的引力信號可能會保留下來 。
事實上，研究人員指出，最近發現的引力波背景可能是這些亞穩態宇宙弦的信號 。天文學家將需要更詳細地研究背景波，以確定宇宙弦或其他來源（如碰撞的黑洞）是否對這種微弱的跨宇宙振動負責 。