狭义相对于论：爱因斯坦预言的宇宙弦，能经过引力波记忆找到吗？

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寻觅宇宙大爆炸的最后的陈迹——宇宙弦
如何寻觅宇宙弦存在过的证据？经过引力波记忆效应或许是个无效的途径


火熖星云（图片来源：NASA/DSS处置）
得多对于初期宇宙的实践预言宇宙应该充斥着少量的裂隙，被称为宇宙弦。然而目前为止一条这样的宇宙弦都没有被探测到。当初，一个新的思绪提出，寻觅宇宙弦，咱们可能需求经过他们的引力波特点，而不是经过传统的天文学办法。由于在宇宙弦隐没之后很久，其引力波特点仍能够在时空长期存在。


宇宙在最后的不到一秒的时间里，它自身的存在阅历了最激烈和最具可变性的相变——这一豪举直到当初，数十亿年（译者：？？不是100多亿年吗？）后仍不成反复。这些相变完全将宇宙重组，将（假设的）一致力分裂为不同的根本作使劲：引力、强互相作使劲、弱互相作使劲、电磁力。


当力被合成，最根本时空量子真空能量从新组合本身而成新的根本力。然而这样的从新组合其实不完善。想像水在冰格内结成小冰块，当形态产生改动，不同地位的水是同时向着各个不同的标的目的摆列结成冰晶体的。在冰的某一个部份，水份子的晶格摆列向着不同的标的目的。不论怎么样，当温度足够低，一切的水都会凝固冰，然而在两个不同的结晶摆列之间会泛起缺点。
你在小冰块中能看到那些缺点像裂纹和瑕疵。然而要视察这些裂纹和瑕疵在时空中开展，咱们的难题要大很多。这些在初期宇宙相变时泛起的缺点会开展成各种不同的状态，然而最多见的状态极可能是一维的裂纹，就是咱们所知的宇宙弦（与弦实践的超弦有关）。


引力波的造成
遭受一条宇宙弦将会是很可怕的情形。它的宽度小于一个质子，然而它不到一英里的长度就能达地球的品质。（译者注：如斯大品质的物体形成时空畸变也是很大的）,利用宇宙弦会拉扯时空构造的特性，你能够不必旋转360度就绕它一周。（译者注：一样的性质酿成的引力透镜作用），宇宙弦还能够将任何配景物体的光线分光。使配景物体呈现出双影象。依赖于其它的粒子和力的互相作用，宇宙弦能够被强辐射和高能粒子流激起而发光。
寻觅宇宙弦的最佳的形式不是间接找它本身，而是寻觅它在处于它与本身或其它宇宙弦扭结在一同的时分的特点。当这类状况产生时，会造成由纠缠的丝状构成的环。这些环极为不不乱，发疯地振动直到它们发射出一切能量而隐没不见。


得多对于宇宙初期的实践预测宇宙弦应该广泛存在。实际上，宇宙学家们已经认为宇宙弦是如斯常见，乃至它们造成了宇宙中最大的骨架构造。然而一次次的探测之后甚么都没有发现，没有发现边远的星空浮现双影象，也没有发现（宇宙弦造成的）环在其消逝以前的振动而发生幅射的闪光。
因而，比来一篇收录在arXiv.org预印在线数据库的新论文提出一个新的途径：与其寻觅宇宙弦存的在间接迹象，咱们不如去寻觅直接的证据，好比说他们在时空自身留下的痕迹。
记忆效应的造成
宇宙弦环是十分微小（范围）和极为不不乱的。那是一种弱小的组合，能发生足足数量的引力波，从而在时空构造中发生涟漪。然而这类共同的环对咱们来讲没甚么用，用检测黑洞合并的办法，以后的仪器敏感度达不到检测出一个独自的振动环。


然而引力波其实不彻底相似于水波或者声波。它们其实不仅仅是在时空中传递；它们会永远地使时空产生变形，在其通过时在时空中发明出一个配景“记忆”。想像一下每个声响在通过的每一个生都发生一个巨大的，永远性的嗡嗡声----那就是引力波能做到的。
在比来的钻研中，宇宙学家们探测了由宇宙弦环留下的引力波记忆的性质。他们发现弦环在相交处和打结处造成的引力波最强烈，而这些引力波发生的记忆效应也最强。
由于天文学家迄今为止都未能发现宇宙弦存在的证据，实践学者们短暂以来始终疑心宇宙弦在很久之前就隐没了，并在此以前没有留下任何证据。然而相同的，假如咱们寻觅它们留下的引力波记忆，咱们就可以发现宇宙弦已经存在的痕迹，即便它们当初曾经不存在了。


然而一个症结问题仍然存在：咱们能找到这些记忆吗？很可怜，当初回答这个问题还有点为时过早。咱们意识引力的罕用办法使咱们偏向于在极强的引力环境下在弦环的交点左近打破弦环，因而咱们不克不及肯定在四周的时空中它会形成甚么影响。
一种可能性是引力势能在交点处释放会当即造成小黑洞。假如是这样，简直没有引力波记忆效应存留,绝大少数的能量被用于构成黑洞了。然而，假如一切的能量都用于造成引力波，那末引力波记忆是能被下一代的探测器探测出的，好比说激光干预太空探测器。


引力波记忆效应是狭义相对于论的一个首要预测，并且天文学家们在找到这一效应的特点点方面，曾经在技术上有了一些迟缓的须要的停顿。发现宇宙弦的记忆效应将会是双倍的播种——对爱因斯坦的狭义相对于论的证明以及初次探测到宇宙造成第一秒时的陈迹。
BY:Paul Sutter
FY:Mice Above The Clouds 浮云之神鼠
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