宇宙弦之謎

宇宙弦這一物理概念是1981年維倫金等人提出來的。他們認為，宇宙大爆炸所產生的威力應該形成無數細而長且能量高度集聚的管子，這種管子便叫作宇宙弦。大家知道，池水在冬季結冰時，起初，水麵的**是均勻的，隨著氣溫的下降，小塊小塊的冰開始分散地長出來，但不同池區的冰晶不一定都有相同的取向，當冰塊長大互相擠壓時就會出現裂縫和斷層等“缺陷”。同理，當宇宙從原始熱大爆炸狀態冷卻下來，電磁一弱互相作用與強互相作用的對稱性被破壞時，在結構上也會產生類似的裂隙。這種由基本粒子物理學的大統一理論所預言的缺陷有零維(點)、一維(線)和二維(麵)三種：零維的是磁單極子，一維的便是宇宙弦，二維的叫作疇壁。本文隻談宇宙弦。

理論工作者賦予宇宙弦的性質是異乎尋常的。如果在房間裏有一節這樣的弦，是很難被發現的。它有點兒像蜘蛛絲，但遠比原子還細。你可以穿過它走路而絕不會發現它。但是，1厘米的宇宙弦比整座喜馬拉雅山的質量還要大，直徑細到10＼＋{-30}厘米，但質量卻高達每厘米1022克。其次，質量是可變的，完全決定於其張力：拉得越長，繃得越緊，質量越大，它的強度也極大。

宇宙弦的活動與其鄰近的天體、宇宙膨脹密切相關。起初，宇宙弦以接近於光的傳播速度跟隨宇宙一起膨脹，並具有各種複雜的形狀和運動。但是，普遍膨脹使宇宙弦的彎曲部分被拉直並使振動慢下來。當宇宙弦振動時，產生互相交和自相交現象，其結果形成了許多閉合的弦圈。大弦圈隨宇宙繼續膨脹而增大其“個頭”，同時其形狀更加平滑。較小的弦圈不停地振動，成為引力輻射的源泉。這就是理論家賦予宇宙弦的另一種奇特性質：要麽伸展到無窮遠處，要麽形成閉合的無終點的環圈。

按照愛因斯坦廣義相對論，在大質量宇宙弦附近將發生空間畸變，這對於光線的傳播將產生一定的影響。來自運動著的宇宙弦後麵的光線掠過弦旁時將被折射，產生光源的雙重像，即所謂引力透鏡效應；此外，從空間畸變處發出的電磁輻射其波長將發生藍移現象，這一效應對宇宙背景輻射將會有察覺得出來的影響，但迄今未觀測到輻射溫度在“宇宙弦”的一邊升高和在另一邊降低的現象。

宇宙弦論的兩位創始人澤爾多維奇和維倫金曾建議這些假設的、高度繃緊的細弦可能是從早期宇宙的氣體中生長出星係的“種子”。但近來對這一問題有兩種截然相反的建議：一種學說認為宇宙弦的強大的引力使在它們周圍的物質聚集起來，從而開始了星係的形成。但更新的一種推測恰恰相反，認為從這些弦發出的電磁輻射在早期宇宙的物質中吹出了許多“泡泡”，並把這些原始物質壓縮在泡與泡之間形成“薄餅”，而星係則是在這些泡壁間形成的。

近來，維倫金、韋頓等人又進一步提出關於超導宇宙弦的設想，他們猜測，在我們銀河係中心可能存在著一個這樣的小宇宙弦圈，並認為銀河係中心的射電天圖上所顯示出來的細線可能就是明證，但尚需通過光學圖像來定案。更有趣的是他們關於把超導宇宙弦作為類星體中心發電機的建議，這可與流行已久的大質量黑洞模型相比較。

從表麵上看，宇宙弦論可以解釋宇宙大尺度結構的一些觀測事實：如星係沿空洞周圍形成弦線式的環狀分布，許多星係團呈扁長形，發現了幾億光年長的超星係團和星係鏈等等，但尚需精度更高的觀測數據來加以驗證。很多理論問題也需要繼續探討，如有關超導宇宙弦的電流耗散、與等離子體的作用、磁發電機效應等等。可見，宇宙弦的本性尚是一個不解之謎，還要作深入的探討和觀測。