时空的涟漪可以解释宇宙的神秘存在

一项研究有助于解释宇宙最大的谜团之一：为什么物质比反物质更多？ 这个答案可以反过来解释为什么从原子到黑洞，一切物质都存在。

宇宙起源之时

数十亿年前，在宇宙大爆炸发生后不久，宇宙膨胀使我们的宇宙呈指数级扩张，并将能量转化成了物质。 物理学家认为，膨胀最初会产生相同数量的物质和反物质，当它们接触时会相互抵消。 但是随后发生了一些事情，使天平倾向于物质，使我们现在能够看到和触摸的一切事物都存在。 这项发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上的新研究表明，这种解释背后的时空波动很小。

这项研究的首席作者加州大学博士后杰夫·德罗说：“如果从物质和反物质的相同成分开始研究，通常会一无所获。因为反物质和物质带有数量相等但正负相反的电荷，一切都会相互抵消并毁灭。“显然，我们的宇宙并非如此。 研究人员认为，可能存在一些非常奇怪的基本粒子，称为中微子，它们不带电荷，但可以像物质或反物质那样发生反应。

研究人员倾向于认为，宇宙在大爆炸之后将冷却约一百万年，并且将经历相变（从一种物理状态过渡到另一种物理状态），从而促使中微子分解产生比反物质更多的物质。

宇宙膨胀会将小型宇宙扩展到宏观范围，并将宇宙能量转化为物质。 根据这个新理论，宇宙膨胀后的相变导致物质的含量比反物质略大，并且还产生了宇宙弦，该宇宙弦会在时空产生轻微的波动– R. Hurt/Caltech-JPL/NASA et Kavli IPMU/ESA

有关宇宙弦的理论

为了探索这种理论的可能性，德罗尔和他的团队使用了不同的理论模型。 根据他们的计算，这种相变产生了很长而且细小的能量线，能够贯穿宇宙，将其命名为“宇宙弦”。 这些宇宙弦可能是时空中非常微小的波动（引力波）的来源。 在我们的宇宙中，最强的引力波发生在超新星爆发期间或两个黑洞合并时，但是据说宇宙弦引起的引力波要比迄今为止我们的仪器所探测到的弱得多。

但是，当团队在各种温度条件下对这种假设的相变建模时，他们做出了令人振奋的发现：不管采用哪种方式，宇宙弦都会产生引力波，观测站都可以检测到，例如欧洲航天局和宇宙大爆炸观测项目的激光干涉仪太空天线（LISA），以及日本航空航天局的十赫兹干涉仪引力波天文台（DECIGO）。

亚利桑那州立大学理论物理学家塔梅·瓦西斯帕迪（Tanmay Vachaspati）总结说：“如果这些宇宙弦以足够高的能量产生，它们将产生引力波，而这些引力波可以由配备适当技术的天文台探测到。”

相关知识

拉广义相对论里，引力波是时空个涟漪。当投掷石头到池塘里时，会拉池塘表面产生涟漪，从石头入水个位置向外传播。当带质量物体呈加速度运动时，会拉时空产生涟漪，从带质量物体位置向外传播，箇时空个涟漪就是引力波。

弦理论(英语：String theory)，又称弦论，是发展中理论物理学的一支，结合量子力学和广义相对论为万有理论。弦理论用一段段“能量弦线”作最基本单位以说明宇宙里所有微观粒子如电子、夸克、中微子都由这一维的“能量线”所组成；换而言之，弦论主张“弦”以不同的振动模式对应到自然界的各种基本粒子。

较早时期所建立的粒子学说则是认为所有物质是由零维的点粒子所组成，也是目前广为接受的物理模型，也很成功的解释和预测相当多的物理现象和问题，但是此理论所根据的粒子模型却遇到一些无法解释的问题。比较起来，弦理论的基础是波动模型，因此能够避开前一种理论所遇到的问题。更深的弦理论学说不只是描述弦状物体，还包含了点状、薄膜状物体，更高维度的空间，甚至平行宇宙。弦理论目前尚未能做出可以实验验证的准确预测。