宇宙弦的研究與膜宇宙理論

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在過去40多年中，宇宙弦的研究一直是粒子宇宙學的一個重要問題。在最開始，人們關注的是宇宙演化過程中對稱性破缺導致的宇宙弦的產生及其物理效應。近年來，弦理論的發展為宇宙弦的發展注入了新的生命。

在1970年代，科學家在研究宇宙相變中發現，如果真空流形有非平凡的同倫類，相變後將產生可能的拓撲缺陷，其中包括宇宙弦。由Kibble機制可知，產生的宇宙弦的尺度不能超過因果視界。隨著宇宙的演化，這些隨機產生的宇宙弦也相應地演化。然而其演化是個動力學過程，與弦間的相互作用密切相關。然而讓人驚奇的是，數值模擬顯示，無論最初產生多少宇宙弦，無論弦的張率、相互作用強度是多少，最終得到的宇宙弦只有數十根。

宇宙弦存在的可能性引起了人們的極大關注，因為人們期待它誘導的度規擾動可以是星系結構產生的根源，從而取代暴漲模型這個機制。然而，觀察到的宇宙微波背景輻射的標度不變性否定了這種可能性。現在認為暴漲模型主導了星系結構的形成，宇宙弦對此影響非常小。這反過來又對宇宙弦的張力提出了很強的限制。

近年來，隨著弦宇宙學的發展，一些新的宇宙模型相繼被提出。其中一種特別引入關注的模型是所謂的膜宇宙，它給宇宙弦帶來了新的生命力。在這個模型中，我們生活在一個具有四個時空維度的三維膜宇宙上，還可能存在其它額外的維度。更重要的是還存在著一個相同維度的反膜，與我們宇宙在額外維度平行。我們宇宙的暴漲來源於膜和反膜間的相互吸引，而暴漲結束後的時刻對應於膜與我們宇宙的接觸。由於膜與反膜的荷相反，二者相互接觸時會發生湮滅，產生大量的湮滅產物，這其中包括宇宙弦。為了與普通量子場論中產生的宇宙弦區分，通常把弦論中產生的宇宙弦稱為宇宙超弦。

宇宙超弦與普通的宇宙弦相比既有共同點又有不同點。它們最重要的觀測效應都是弦的引力透鏡效應以及由弦產生的引力波。但是在宇宙超弦中存在弦結，這些弦結有全新的引力透鏡效應，比如說它可以產生三個非常銳利的相似的像。

尋找宇宙超弦具有重要的物理意義。一方面，宇宙超弦可以提供超弦理論的直接實驗證據，使我們更好地理解超弦理論。另一方面，它也可以提供研究早期宇宙模型的線索。因此，宇宙超弦的研究正成為弦理論和絃宇宙學的一個重要研究方向。不幸的是，至今我們仍然沒有宇宙弦存在的直接證據。