科學家:「時空折疊」喚醒了宇宙中的磁場

天空之城 2022/11/13 檢舉 我要評論

宇宙中遍布著磁場。但是科學家對磁場的產生原因卻還沒有完全了解。像地球、行星或恒星這樣「較小」天體的磁場,是電流在它們內部運動的產物;星云、超新星遺跡、原行星盤的弱磁場是帶電粒子在空間中復雜流動的產物;但更大的天體結構如星系、星系團也有磁場,它們的磁場又是如何產生的呢?

星系、星系團的磁場非常微弱,強度只有地球磁場的百萬分之一;然而它們極其龐大,大得令人生畏。一些星系團的磁場可以綿延數千萬光年。

磁場的本質是帶電粒子相對于觀察者運動所表現出來的一種性質。但是在宇宙的早期階段,在首批恒星和星系出現之前,宇宙中的物質都是不帶電的。不帶電的中性氣體不可能自己產生磁場;理論上沒有磁場恒星也無法形成。所以一定是宇宙以某種方式觸發了最初的磁場。一旦宇宙有了最初的磁場,中性氣體變成等離子體后,磁場就可以被放大。但宇宙最初的磁場又是怎麼出現的呢?

關于這個問題最離奇的一種說法是:它是宇宙時空「折疊」,亦即是「宇宙弦」的產物。

「宇宙弦」是一種目前僅存在于理論上的神秘「物體」。理論上,在很久以前,在宇宙形成不足一秒的時候,宇宙經歷過數次劇烈的「相變」。通過這一系列的「相變」,原本統一在一起的四大基本作用力:引力、強互作用力、弱互作用力和電磁力發生了分化。

而每當一種基本作用力被分化,時空就會在最基本的層面上進行「重組」。這種「重組」不是完美的,它會在時空中留下「瑕疵」。在這些「瑕疵」中,有一些只有一個維度,就像是紙上的「折痕」。它們就是「宇宙弦」。

「宇宙弦」假說最早在上世紀70年代就已提出,但至今仍沒有獲得觀測證據。不過「宇宙弦」依然是早期宇宙理論中的一個「一般性」預言。

理論上「宇宙弦」會有一些非常離奇的特性。由于它們「折疊」了時空,宇宙飛船如果繞行「宇宙弦」飛行一圈,當它回到起點后,會發現這一圈不足360度。「宇宙弦」還會以光速震動,偶爾還會形成閉環,并在產生大量輻射后消亡。

「宇宙弦」會四處游蕩,會在身后的時空中留下「漣漪」——引力波的「漣漪」。而每當「宇宙弦」穿越等離子體,時空中的「漣漪」就會改變等離子體在小尺度上的溫度和密度,這樣的差異會導致電荷開始運動,磁場就這樣出現了。最初的磁場不會太強,強度不會超過地球磁場的一億分之一,但作為「種子」,已經足夠了。

「宇宙弦」離開后,等離子體會被壓縮,并孕育出恒星、星系和星系團。最初的磁場也會被逐漸放大,一步步演化成今天這個樣子。

非常完美的推論,只有一個缺陷:我們不知道「宇宙弦」是否真的存在。不過科學家認為,我們可以通過探測「宇宙弦」喚醒磁場時留下的蛛絲馬跡,也就是它在時空中產生的「漣漪」——引力波,來感知它們。

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