時空“漣漪”中暗藏的的宇宙奧秘

時空“漣漪”中暗藏的的宇宙奧秘

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翻譯:DAIKIN

校譯:JackTong

編排:葫蘆

後臺:庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接:

https://www.space.com/phase-transition-allowed-neutrinos-shuffle-matter.html

時空“漣漪”中暗藏的的宇宙奧秘

暴脹造就瞭如今宇宙的尺度,並將宇宙能量轉化成物質,同時可能還創造瞭等量的反物質。有理論認為宇宙暴脹後發生的相變導致物質的量比反物質多瞭那麼一點點,且產生瞭宇宙弦,這種東西能在時空中產生輕微的“漣漪”,也就是大傢熟知的引力波。

(Image: © R. Hurt/Caltech-JPL, NASA, and ESA Credit: Kavli IPMU – Kavli IPMU modified this figure based on the image credited by R.Hurt/Caltech-JPL, NASA, and ESA)

最近一項新的研究或許能夠幫助我們解答宇宙中最大的謎團之一:為什麼物質比反物質更多?解決瞭這個問題,我們也就可以解釋原子、黑洞等宇宙一切存在的原因瞭。

數十億年前,宇宙在大爆炸之後不久便開始瞭暴脹,同時將能量轉化為物質。物理學傢認為,暴脹最初產生的物質和反物質的量是相同的,且在相互碰撞時湮滅。但後來發生瞭一些不為人知的事情,使得物質占瞭上風,也就形成瞭我們現在所能看到和感受到的一切。而這種說法也在一項新的研究中得到印證:時空裡極其輕微的“漣漪”或許隱藏著我們渴求的答案。

“如果我們隻認定物質和反物質擁有同等的成分,最終將一無所獲。”加州大學伯克利分校博士後研究員、勞倫斯伯克利國傢實驗室物理研究員,傑夫·德羅(Jeff Dror)表示,因為物質和反物質的電荷相等,但電性相反。“所以按上述理論,一切都不復存在。”

顯然,萬物依舊照常運作,但我們不知道為什麼。答案可能涉及非常奇怪的基本粒子——中微子,它們不帶電荷,因此既可以被視作物質也可以被視作反物質。

有一種觀點認為,在大爆炸100萬年後,宇宙冷卻瞭下來並經歷瞭一次相變,相當於沸騰的水汽化成氣體的過程。德羅認為,這種相位變化促使衰變的中微子產生的物質比反物質多出那麼“一丟丟”。但是“沒有什麼可操作的方法,或者說幾乎沒有任何方法能夠去研究(這個理論)並證實它是否真的發生在早期宇宙中。

但是德羅和他的團隊通過理論模型和計算研究,找到瞭一種能讓我們看見這種相變的方法。他們認為相變能創造出一種被稱為“宇宙弦”的極其細長的能量線,而這種能量線仍在彌漫在今天的宇宙中。

時空“漣漪”中暗藏的的宇宙奧秘

德羅和其團隊意識到,這些“宇宙弦”很可能會在時空中產生非常輕微的“漣漪”——引力波,而通過探測引力波,我們就能證實理論的正確。

據美國宇航局研究表示,宇宙中最強的引力波會發生在超新星或恒星爆炸的時候,或者兩顆大恒星相互繞行時,又或者在兩個黑洞合並時。但是宇宙弦引起的引力波會比我們之前探測到的要弱得多。

時空“漣漪”中暗藏的的宇宙奧秘

然而,當研究小組在不同的溫度條件下模擬這種假設的相變時,他們得到瞭驚喜發現:在所有模擬情況下,宇宙弦都會產生引力波,且這些引力波的量級可以被一些即將建成的天文臺探測到,比如歐空局的激光幹涉太空天線(LISA)和擬建設的大爆炸觀測站(Big Bang Observer)以及日本航空航天局的分頻幹涉引力波觀測站(DECIGO)。

時空“漣漪”中暗藏的的宇宙奧秘

亞利桑那州立大學的理論物理學傢坦梅·瓦查斯帕蒂(Tanmay Vachaspati)在接受《科學現場》(Live Science)采訪時說:“如果這些弦在足夠高的能量尺度下產生,它們的確會產生引力波,且可以被計劃建設中的觀測站探測到。”

研究結果發表在1月28日的《物理評論快報》雜志上。

時空“漣漪”中暗藏的的宇宙奧秘

責任編輯:鄢淑瀾

牧夫新媒體編輯部

『天文濕刻』 牧夫出品

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圖片名稱:直奔南天極的火箭

圖片來源:Brendan Gully

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