巨大无垠的“弦网络”可能铺满整个宇宙

庞大的“弦网”可能覆盖整个宇宙。

据新浪科技报道:据国外媒体报道，弦理论有一个奇怪的猜测，即宇宙中充满了数百种几乎看不见的粒子，而在很久以前，这些粒子曾经形成了一个横跨整个宇宙的弦网。尽管不完美，弦理论是最接近真理的“万有理论”。刚才提到的这些虚粒子叫做轴子。如果它们的存在能够被证实，那就意味着我们生活在一个巨大的轴子宇宙中。

这个理论最好的一点是，它不是纸上谈兵，无法通过试验来验证。相反，凭借目前正在建造的微波望远镜，我们或许可以在不久的将来探测到这个庞大无边的弦网。

如果轴子宇宙的存在被证实，我们将向最终解开万物之谜迈出一大步。

弦乐“交响乐”

接下来，我们来谈谈如何做到这一点。首先，我们需要更多地了解轴子。1978年，物理学家、诺贝尔奖获得者弗兰克·维尔泽克为轴命名。这个名字是因为物理学家推测这种粒子源于一种特殊类型的对称破缺。

有一种对称叫CP对称，认为如果物质和反物质的坐标互换，它们的行为应该完全一样。但是这种对称性似乎与强核力理论并不自然一致。为了解开这个谜团，可以引入宇宙中的另一种对称性来“纠正”这种错误的表述。然而，这种新的对称只有在极高的能量下才能实现。在日常低能状态下，这种对称性会消失。为了弥补这一点，物理学家提出了轴子。

接下来说说弦理论。多年来，科学家们一直试图用一个统一的理论框架来解释包括重力在内的所有自然力。弦理论是主流框架之一。但是因为很多原因，这个问题很难。首先，弦理论要成立的话，宇宙不仅有三个空维度和一个时间维度，还有几个额外的空维度。

当然，这些额外的维度是肉眼看不到的，否则我们早就注意到了。所以这些额外配额的规模一定很小，蜷缩在很小的范围内，从而避开常规的检测手段。

最困难的是，我们不知道这些额外的维度是如何收缩的，收缩方式可能多达10200种。但它们似乎都有一个共同点，就是都有轴子。因为根据弦理论，轴子是缠绕并固定在这些卷曲维度周围的粒子。

此外，弦理论预言的不仅仅是一个轴子，还有上百种不同的种类和质量，包括强核力理论预言中可能出现的轴子。

愚蠢的字符串

所以，现在我们有许多不同质量的粒子。但是轴子能形成暗物质吗？对此，我们只能说“也许”。然而，“轴子构成暗物质”的理论需要通过观察和验证来挑战，因此一些研究人员决定将重点放在轴子家族中较轻的轴子上，试图寻找它们的踪迹。

当这些研究人员开始挖掘早期宇宙中轻如鸿毛的轴子时，他们发现了一些惊人的事情。宇宙诞生之初，经历了一系列的相变，从古怪的高能态到常规的低能态。

当这些转变发生时，宇宙在不到一秒钟前诞生了。在这个过程中，弦理论中的轴子并不是以粒子的形式存在，而是以环和线的形式存在，形成了一个极轻的几乎看不见的网络，横跨整个宇宙。

这个想象中的“轴子宇宙”充满了各种轴子弦。然而，只有弦理论做出了这样的预测。因此，如果能证明我们真的生活在轴子宇宙中，那将是对弦理论的巨大支持。

光的转换

我们如何寻找这些轴子？相关模型预言轴子弦的质量极轻，因此光与轴子碰撞后不会改变方向，轴子可能根本不会与其他粒子发生相互作用。银河系中可能漂浮着数百万个轴子，但我们根本看不到。

但是宇宙是巨大而古老的，我们可以好好利用它。而且我们已经意识到宇宙中存在一种“背景光”。微波背景(CMB)是宇宙中最古老的光，从宇宙的“婴儿期”(形成后约38万年)就存在了。亿万年来，宇宙一直沐浴在这些射线中。这些射线也在宇宙中自由传播，直到它们撞到了什么东西，比如我们的微波望远镜，挡住了它们的去路。

所以，当我们观测宇宙的微波背景时，看到的其实是数百亿光年内的宇宙。如果宇宙中存在一个巨大的轴串，我们可能会注意到它，就像用手电筒照亮蜘蛛网的效果一样。

在2019年12月5日发表在论文预印本网站arXiv上的一篇论文中，研究人员计算了轴子宇宙对宇宙微波背景光的可能影响。结果发现，光通过轴弦的方式可能会改变光的偏振方向。这是因为宇宙微波背景光(以及所有其他射线)是由电场波和磁场波组成的。光的偏振方向决定了电场的方向，当宇宙微波背景光遇到轴子时，电场的方向也会发生变化。我们可以使用特定的滤光片来确定宇宙微波背景光的偏振方向，从而捕捉到这种效应。

研究人员发现，如果宇宙充满轴子，大约1%的宇宙微波背景光的偏振方向会发生变化。这只是我们目前探测能力的极限。但科学家们正在设计新一代宇宙微波背景绘制设备，如“宇宙起源探测器”、LiteBIRD和“PIXIE”等。这些新望远镜可以捕捉到轴子宇宙的线索。在他们上任后，我们可以确定我们是否生活在一个轴子宇宙中，或者我们可以排除弦理论的预测。

无论结果如何，都有许多问题需要解决。