簡介
科學家想像中的宇宙弦 計算數字與動態物質之間聯繫發現，宇宙物質運動與排列是有規律的。宇宙物質無論在空間任何區域，物質到宇宙邊緣線這段距離直線里，物質在空間分布距離是呈幾何倍數排列。物質的排列不是成一條直線，而是向宇宙中心偏移，越過物質排列幾何倍數半徑後，逐步想宇宙邊緣延伸，形成一條弧線。這條線像琴弦，在不斷的變動，所以把它稱為“宇宙弦線”。“宇宙弦線”與物質空間球型弧面剛好相反。
科學家們認為，宇宙弦是宇宙的遺蹟，在宇宙大爆炸之初的極短瞬間形成，過程類似於“結晶”。在大爆炸的那一瞬間，宇宙空間本身變成由弦狀物質組成的間斷立體面。宇宙弦的產生可以認為是宇宙大爆炸後宇宙空間的冷卻。一些宇宙學家們認為空間也有自己的紋理，由弦或其他紋理構成，當宇宙中的物質冷卻下來，就形成了星系。
但並不能直接看見這些弦，它們距離人類有數十億光年。僅僅可以通過對宇宙微波、射線、引力輻射的精密測量，尋找證據來證明它們存在。宇宙弦也是解釋宇宙射線的最好理論。
這些弦在整個宇宙中交織，比一粒原子更細，有巨大的密度（在巨大的壓力之下）。這意味著它們將會對經過的任何東西產生相當大的引力，使在宇宙弦上的東西能以超速行進。因此，有人提出，將兩根宇宙弦拉近到一起或將一根宇宙弦靠近黑洞，就可能將空間和時間壓縮到足夠的極限，從而產生封閉類時曲線，實現時間旅行。
提出
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出威力應該形成無數細而長且能量高度集聚的管子。這種管子便被叫做宇弦。
理論基礎
大爆炸宇宙學不能解決“不均勻”問題
宇宙大爆炸理論是20世紀40年代由美國物理學家喬治·伽莫夫（1904～1968年）等人提出來的。它認為宇宙間所有的物質和能量原先曾經集中在一個時空點內，在100～200億年前的某一時刻，原始火球由於某種原因而爆炸，人們的宇宙就誕生了，並且一直膨脹到目前的狀態。但是，大爆炸宇宙模型並沒有解決全部問題，例如它解釋不了宇宙結構的局部不均勻性。
這大爆炸模型要求整個宇宙的物質應當均勻分布，然而宇宙中的物質卻不是這樣，而是呈“團塊”狀結構，甚至包括星系、星系團、超星系團。這樣就不得不另闢蹊徑來解決這一矛盾。這正是天文物理學家想出宇宙弦理論的原因。
宇宙觀測的新發現
宇宙弦大爆炸宇宙學理論認為，儘管宇宙中的大多數恆星都組成稱為“星系”的團塊，星系又組成更巨大的星系團；可是從宇觀的角度看來，整個太空還是各向同性的。然而，隨著天文觀測技術的迅速發展，新的發現使人們不得不重新考慮這個問題。
二十世紀80年代，美國加利福尼亞卡內基學院觀察站的紅外線光學望遠鏡，發現星系以非常複雜的方式排列，“這些星系看上去像雕刻上去的，而不是爆炸濺射出來的”。更不尋常的發現是宇宙中的巨大空洞和巨大的星系鏈。
1986年發現銀河及其近鄰正在向室女座運行，這表明存在一種強大的引力源，其質量相當於太陽質量的1019倍。
1989年的觀測證實了這個“星系大陸”的存在，發現它對周圍的數百萬其他星系都有穩定的吸引力。美國哈佛-施密松天體物理中心的一個科學小組（cfA）的科學家們在做紅移巡天觀測中發現，宇宙中有泡沫樣的結構，即宇宙中有些天區幾乎空無一物，被稱之為“宇宙空洞”。
1989年，這個cfA科學小組巡天觀測了幾千個星系，發現在距地球3億光年的地方有一個長約5億光年，高約2億光年，厚1500萬光年的超星系團“巨壁”。這是已知的宇宙中存在的最大的天體星系鏈，它們像“珍珠項鍊”，交叉在浩瀚的宇宙之中，宛如中國巍巍壯觀的長城，所以天文學家把它叫做“宇宙鏈”或“宇宙長城”。這就以發現說明了宇宙天體的表觀尺度並不是星系或星系團，而可能是更大的東西。它們的結構巨大而古老，對現在的宇宙大爆炸模型提出了挑戰。為此，物理學家們開始考慮修改宇宙的有關理論，引入了“宇宙弦模型”。
產生假說
宇宙弦根據“弱──電”統一理論或大統一理論，物理學家認為在大爆炸後第10^-35秒有了宇宙弦。距離大爆炸時刻越近，宇宙的溫度就越高。讓人們逆著時間箭頭來看：宇宙在大爆炸後的第30分鐘，達到的溫度足以從光子產生一對對的“電子——正電子”；第3分鐘，溫度高到足以使；第1秒鐘，弱作用力開始起作用；在第0.01秒，溫度高到足以將質子和中子分裂成夸克，夸克再通過強相互作用而結合。
在大爆炸後最初階段的極高能量狀態下，引力、電磁力、弱力和強力之間沒有區別，只存在於一個統一場之中。然而，當時又會產生超高溫相變，宇宙弦就是這種超高溫相變的遺蹟，它是相變中線狀的缺陷。這些缺陷包含著大爆炸後的高能殘餘——極細極重的統一場。宇宙弦的存在是根據大統一理論推測出來的。
性質
直徑小、密度大
宇宙弦張力大、有輻射
環形弦-內部結構模型圖 宇宙弦形成之後，會發生一系列的“重聯”（每條弦的兩端相互連線起來，或是與其它弦的兩端相聯）而演變成大小不同的環狀弦或橫貫宇宙的長弦。由於這種弦的密度極大，因此引力極強。一段具有兩個端點的有限（短）弦，會很快地收縮形成一個點而消失。因此，存在於宇宙中的弦只有兩種：一是橫貫宇宙無限長的直弦，另一種是各種大小的環形弦。
根據計算，大約有20％的宇宙弦是圓圈形的，其它的弦橫越整個宇宙。無限長的宇宙弦並不是直的，而是彎彎曲曲的。全部弦的集合構成了布滿空間的網。雖然弦的質量很大，但是彎彎曲曲的弦卻是極度繃緊的，其張力更大，使它們以接近光速的速度振動，並時而互相碰撞。
在由環形弦和無限長弦構成的宇宙弦網中，只有環形弦才能吸引周圍的物質形成各種天體結構，而無限長的弦卻不吸引物質。整個宇宙弦網是按照“自我複製”的方式演化的。這就是說，宇宙在發展過程中，整個結構並不發生變化，只是在宇宙的膨脹中被放大。如果在兩個不同時候給宇宙弦照像，然後再把前一張照片按某種比率放大，兩張照片將是非常相象的。直接觀察宇宙弦恐怕是極端困難的，因為環形弦在產生星系的過程中已經由於引力的輻射而衰變了，長形的弦是否較多地存在於宇宙中還不得而知，況且這種極微細的結構又不發出可見光和任何電磁輻射。這一切都使得對宇宙弦的觀測充滿了困難。產生宇宙弦的高難條件，也使得人們幾乎不可能在實驗室中將它模擬製造出來。但即便這樣，還是可以通過其它的方法來發現是否真的存在宇宙弦這種神奇的結構。
延伸無窮遠
宇宙弦的活動與其臨近的天體、宇宙膨脹密切相關。宇宙弦是一個假設性的一維拓撲缺陷，在面料的時空。宇宙弦是假設成立時，不同地區的時空中進行第一階段的變化，取得了域邊界的兩個地區之間見面時的。理論家認為宇宙弦的另一個奇特的性質就是：要么伸展到無窮遠處，要么形成閉合的無終點的環圈。
結構解釋
物理學家認為，宇宙弦誕生於大爆炸時刻的高溫相變。在宇宙大爆炸初期，由於壓力太大，物質還不能有所聚集。大爆炸後的第一萬年，宇宙還是由宇宙弦網以及均勻分布的輻射和物質構成其格局，環形弦還不足以把物質吸引到它周圍。但是，在一萬年後，壓力急劇下降，物質也開始聚集，此時宇宙弦的能量比剛形成時少了，這是由於輻射引力波而失去一些能量，但是弦的密度比其它物質下降要慢得多。宇宙弦圈吸集物質的質量與它本身的質量成正比，因此較小的弦圈吸集相對較少的物質；較大的弦圈不僅吸集更多的物質，而且將較小的弦圈也吸集到它周圍。
這樣，較小的弦圈形成星系，較大的弦圈就形成星系團，甚至更大尺度的集團結構。這樣以宇宙弦為基礎的宇宙模型，就能預言星系和星系團的數量和結構。宇宙弦是在大爆炸的高溫相變的一瞬間形成的，宇宙弦網的布局結構應該在宇宙天體的各種結構中得到反映。用它也就很容易地解釋了空洞、星系鏈和片狀結構等，而這些都是大爆炸宇宙模型難於解釋的問題。
理論
宇宙弦理論
宇宙弦理論上說，在時光機器製成後回到過去的任一時間都是可能的。但到目前為止仍然有一個小小的障礙還未得到解決，那就是如何產生重力“炸麵包圈”。科學家們進行過大量研究和思考，發現可能需要推動一個高質量物體做高速圓周運動。
超對稱理論
物理學家一直認為自然界有對稱，例如虧子與輕子也是三族，又或正反粒子，CPT守衡等等。但物理界並不如我們所想般對稱，如CP不守衡，而最大之不對稱(asymmetry)是費米子及玻色子之自鏇性，費米子要自鏇兩個圈才可見回原本景象，而玻色子只需自鏇一個圈。物理學家建立了N=8的超對稱理論(Supersymmetry/SUSY)統一費米子與玻色子，那是認為這個宇宙除了四維之外，還有四維，這個八維宇宙叫超空間(superspace)，然而這額外的四維不可被理解為時間抑或空間，八維宇宙是由費米子居住，物質可透過自鏇由四維空間轉入費米子居住之八維，又可由八維轉回四維，即玻色子可換成費米子，費米子可轉換成玻色子，它們沒有分別，之所以看到它們自鏇不同只不過是人們局限於四維而看不到八維的一個假象。
弦理論
然而在超對稱理論背後，弦理論正慢慢崛起，它也是為了統一費米子玻色子。弦理論認為這個世界無論玻色子抑或費米子都是由一樣東西－弦所組成，弦就像一條繩子，不過事實上它們真的太小向前地，故它們形成粒狀的粒子。
有關探測
宇宙弦澳大利亞天文學家聲稱得到了宇宙弦存在的明確證據。他們觀測到一種質量巨大的引力體，使銀河系及其鄰近的星系以每秒1000公里的速度向其集中。研究證明，這種巨大引力體的形狀不是球形的，而是長達240萬光年的長圓柱體。他們推斷說，這種引力體是一個巨大的宇宙弦環。
2012年10月18日，天文學家稱首次觀測到3D暗物質巨大的細絲，並且以3D的形式標識出這些暗物質細絲的結構。研究人員發現，暗物質的細絲從MACSJ0717的核心部分延伸開來，長約6000萬光年。這些暗物質細絲則被認為是宇宙弦。
意義
物理學家能通過宇宙弦理論推斷當前的宇宙結構是怎樣演變的。這種理論使物理學家能用精確的物理過程解釋宇宙的大尺度結構，並提出可被驗證的精確預言。如果宇宙弦理論被證明是正確的，人類對宇宙大尺度結構的認識就能建立在一個穩固的基礎上。
科學幻想
| 科學是無止境的，在人們的思維中存在無窮的空間給我們去想像、去思考、去猜測，理論的提出效應的總結都無疑不是人類智慧的結晶。 |
