002052同洲电子反物质之谜、宇宙起源、时空旅行……这些都和神秘的“

发布于 2020-03-31 08:43
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一根1.6公里长的宇宙弦可能比地球还重

 

存在照样不存在?为什么我们的宇宙(从原子、中子到黑洞)会存在?这彷佛是一个不成问题的问题,看起来像哲学家们玄学的追根究底,但其实在是一个科学“问题”

今朝,最广为人们所吸收的关于宇宙起源的是大年夜爆炸理论该理论中,宇宙是在以前有限的光阴之前,由一个密度极大年夜且温度极高的太初状态蜕变而来的大年夜爆炸后不久,宇宙膨胀拉伸了我们宇宙的微小种子,并将能量转化为物质

物理学家觉得,膨胀最初孕育发生了等量的物质和反物质,它们在打仗时互相淹没消灭

但后来发生了一件事,使天平向物质偏向倾斜,让现在我们能看到和触摸到的统统都成为了存在——一项新的钻研注解,这此中的缘故原由可能暗藏在一种时空中异常细微的荡漾中

天平是若何倾斜的?

物质和反物质是互相对立的,相等但电荷相反反物质是反粒子观点的延伸,今朝科学界已经发清楚明了300多种基础粒子,都是正反成对存在,这揭示了反物质存在的可能性

2010年11月17日,欧洲钻研职员在科学史上首次成功'捉住'微量反物质自那时起,反物质徐徐揭开了其神秘的面纱

回到宇宙起源问题上这项钻研的主要作者、加州大年夜学伯克利分校博士后钻研员、劳伦斯·伯克利国家实验室物理钻研员Jeff Dror举例阐明:“假如你一开始只有相同分量的物质和反物质,终极你会得不到任何器械统统都邑淹没消灭”

显然,我们的宇宙仍旧存在,但钻研职员尚不确定这是为什么,在宇宙起源之初究竟发生了什么突破了天平的平衡

谜底可能涉及到一种被称为中微子的异常稀罕的基础粒子,它们不带电荷,是以既可以作为物质也可以作为反物质

一种不雅点觉得,大年夜爆炸后大年夜约100万年,宇宙冷却并经历了相变,这一历程类似于沸水将液体转化为气体的历程

Dror说,这种相位变更匆匆使衰变的中微子孕育发生的物质比反物质多出“一点点”

然则“没有异常简单的措施——或者险些任何措施——来商量(这个理论),并懂得它是否真的发生在早期宇宙中”

不过,Dror和他的团队,经由过程理论模型和谋略,找到了一种我们可以看到相变的措施他们提出,这种变更将会孕育发生极长极细的被称为“宇宙弦”的能量线,这些能量线时至今日仍旧遍布宇宙

这项钻研结果颁发在1月28日的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上

Dror和他的团队意识到这些宇宙弦极有可能在时空中孕育发生异常微小的荡漾,即引力波探测这些引力波,我们就能发明这个理论是否精确

宇宙弦:不止关于宇宙起源

关于“宇宙弦”的理论实际上早已有之比起宇宙起源来讲,照样与它有关的另一个观点对照吸惹人些:时空旅行

宇宙弦被觉得是在宇宙相变、进行极大年夜冷却后所孕育发生的,可能存在于气泡和时空布局的缝隙之间的界限上

宇宙弦是很难想象的物体,蒙特利尔麦吉尔大年夜学的物理学家和Oscar Hernandez表示,但在我们的天下里,它们也有相似之处

“你在结冰的湖面上走过吗?”你留意到结冰的湖面上有缝隙吗?它仍旧很稳固没有什么可骇的,然则确凿有缝隙”Hernandez表示

宇宙弦被觉得将会异常纤细,直径和质子一样然而,它们有着伟大年夜的密度,这表示它们也是紧张的引力源

然而,广义相对论猜测,一条直线的引力势会消掉:在静止的周围物质上没有引力直线宇宙弦的独一引力效应是物质(或光)经由过程相反偏向弦的相对偏转(纯挚的拓扑效应)

一些科学家建议应用“宇宙弦”来建造一台光阴机械经由过程操纵两根宇宙弦接近——或者可能只是一根弦加上一个黑洞——理论上有可能创造出一整套“闭合的类时曲线”

假如你以极高的速率发射两根无限长的宇宙弦,然后让飞船以一个精心谋略的数字8绕着它们飞行,理论上,你就可以呈现在任何光阴,任何地点

踪迹渺茫?

宇宙中最强的引力波发生在超新星或恒星爆炸的时刻、当两颗大年夜恒星互相萦绕的时刻,或者当两个黑洞合并时但由宇宙弦引起的引力波比人类的仪器曩昔探测到的要小得多,这使其变得极尴尬以探测

此前,也有一些物理学家觉得,在宇宙微波背景辐射(CMB)中,我们可能仍能找到这些被称为“宇宙弦”的缝隙或缺陷的证据

Hernandez曾在2017年颁发论文表示,假设有一张完美的、无噪声的宇宙微波背景辐射图,运行这种神经收集的谋略机应该能够找到宇宙弦,纵然它们的能量水平(或“张力”)异常低

但他随即又在2019年指出,这个证据太微弱了,任何千里镜都无法分辨出噪音

但他们后来再次评论争论了这个设法主见,他们指出,在现实中,险些肯定弗成能为神经收集供给足够干净的CMB数据来检测这些潜在的弦其他更亮的微波源使CMB隐隐不清,难以完全分辨他们觉得,诸多局限身分加在一路,使得这种探求宇宙弦的措施是行不通的

不过,他们又提出了一种新的探求措施,即基于丈量宇宙在宇宙古代部分的各个偏向的膨胀这种被称为21厘米强度映射的措施,它不依附于钻研单个星系的运动,也不依附于CMB的正确图像相反,它是基于丈量氢原子脱离地球的匀称速率

Dror钻研小组则在模拟在不合温度前提下可能发生的相变时有了一个令人鼓舞的发明:他们将盼望依靠于未来

在任何环境下,宇宙弦都邑孕育发生引力波,这些引力波有望被正在扶植中的一些新天文台探测到,比如欧洲航天局的激光过问太空天线(LISA)和拟议中的大年夜爆炸不雅测者(Big Bang Observer)以及日本航空宇宙探索署(Japan Aerospace Exploration Agency)的Deci-hertz过问引力波不雅测站(DECIGO)

没有介入这项钻研的亚利桑那州立大年夜学的理论物理学家Tanmay Vachaspati也批准这个说法,他觉得,假如这些弦以足够高的能量尺度孕育发生,它们确凿会孕育发生引力波,有望在未来被探测到

假如然是如斯,那么人类间隔解开这种神秘的“宇宙弦”之谜将仅有一步之遥

参考资料:

https://www.scientificamerican.com/article/cosmic-string-gravitational-waves-could-solve-antimatter-mystery/

https://www.realclearscience.com/articles/2019/11/28/there_might_be_cracks_in_spacetime_111202.html

https://andersoninstitute.com/cosmic-strings.html

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原标题:002052同洲电子反物质之谜、宇宙起源、时空旅行……这些都和神秘的“

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