时空“涟漪”中暗藏的的宇宙奥秘_风闻

翻译：DAIKIN

校译：JackTong

编排：葫芦

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

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

暴胀造就了如今宇宙的尺度，并将宇宙能量转化成物质，同时可能还创造了等量的反物质。有理论认为宇宙暴胀后发生的相变导致物质的量比反物质多了那么一点点，且产生了宇宙弦，这种东西能在时空中产生轻微的“涟漪”，也就是大家熟知的引力波。

(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)

最近一项新的研究或许能够帮助我们解答宇宙中最大的谜团之一：为什么物质比反物质更多？解决了这个问题，我们也就可以解释原子、黑洞等宇宙一切存在的原因了。

数十亿年前，宇宙在大爆炸之后不久便开始了暴胀，同时将能量转化为物质。物理学家认为，暴胀最初产生的物质和反物质的量是相同的，且在相互碰撞时湮灭。但后来发生了一些不为人知的事情，使得物质占了上风，也就形成了我们现在所能看到和感受到的一切。而这种说法也在一项新的研究中得到印证：时空里极其轻微的“涟漪”或许隐藏着我们渴求的答案。

“如果我们只认定物质和反物质拥有同等的成分，最终将一无所获。”加州大学伯克利分校博士后研究员、劳伦斯伯克利国家实验室物理研究员，杰夫·德罗（Jeff Dror）表示，因为物质和反物质的电荷相等，但电性相反。“所以按上述理论，一切都不复存在。”

显然，万物依旧照常运作，但我们不知道为什么。答案可能涉及非常奇怪的基本粒子——中微子，它们不带电荷，因此既可以被视作物质也可以被视作反物质。

有一种观点认为，在大爆炸100万年后，宇宙冷却了下来并经历了一次相变，相当于沸腾的水汽化成气体的过程。德罗认为，这种相位变化促使衰变的中微子产生的物质比反物质多出那么“一丢丢”。但是“没有什么可操作的方法，或者说几乎没有任何方法能够去研究（这个理论）并证实它是否真的发生在早期宇宙中。

但是德罗和他的团队通过理论模型和计算研究，找到了一种能让我们看见这种相变的方法。他们认为相变能创造出一种被称为“宇宙弦”的极其细长的能量线，而这种能量线仍在弥漫在今天的宇宙中。

德罗和其团队意识到，这些“宇宙弦”很可能会在时空中产生非常轻微的“涟漪”——引力波，而通过探测引力波，我们就能证实理论的正确。

据美国宇航局研究表示，宇宙中最强的引力波会发生在超新星或恒星爆炸的时候，或者两颗大恒星相互绕行时，又或者在两个黑洞合并时。但是宇宙弦引起的引力波会比我们之前探测到的要弱得多。

然而，当研究小组在不同的温度条件下模拟这种假设的相变时，他们得到了惊喜发现：在所有模拟情况下，宇宙弦都会产生引力波，且这些引力波的量级可以被一些即将建成的天文台探测到，比如欧空局的激光干涉太空天线（LISA）和拟建设的大爆炸观测站（Big Bang Observer）以及日本航空航天局的分频干涉引力波观测站（DECIGO）。

亚利桑那州立大学的理论物理学家坦梅·瓦查斯帕蒂（Tanmay Vachaspati）在接受《科学现场》（Live Science）采访时说：“如果这些弦在足够高的能量尺度下产生，它们的确会产生引力波，且可以被计划建设中的观测站探测到。”

研究结果发表在1月28日的《物理评论快报》杂志上。

『天文时刻』 牧夫出品

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图片名称：直奔南天极的火箭

图片来源：Brendan Gully