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科学家正追随着一丝星际尘埃一直回到太阳系的形成。

  更多磁单极子的奥秘磁单极子是单个的,寂寞的北极或南极磁极,预计存在于我们的宇宙中,但尚未以其预期的形式被瞥见。图片来源:NIST Paul Sutter是俄亥俄州立大学的天体物理学家,也是COSI科学中心的首席科学家。Sutter还是Ask a Spaceman和Space Radio的主持人,并领导世界各地的AstroTours。Sutter为Space.com的专家之声:Op-Ed和Insights贡献了这篇文章。我们已经习惯了两种并排的磁铁; 北方总是与南方配对。如果你把磁铁剁成两半,你就不会得到一个孤立的北极或南极。相反,你得到两个迷你磁铁,每个磁铁都有自己的两极。在我们的宇宙中,禁止 单一的,寂寞的北极或南极,称为磁单极子,这是没有超级基本原因的。它似乎是这样。在19世纪,科学家詹姆斯·克拉克·马克斯韦尔(James Clerk Maxwell)将现代电磁理论的各个部分结合在一起,从而将磁力,电力和光线统一在一个屋檐下。然而,当他环顾四周时,他没有看到任何单极子,并将其写入方程式:没有单极子,不在这里。[ 8令人困惑的天文学奥秘 ] 广告但麦克斯韦的电磁学是一种经典理论,并且在过去的一百年里一直受到量子变化的增强和升级,而这些升级使得一些非常有趣的生物可以在我们的宇宙中漫游 - 其中包括磁单极子。狡猾的侦探为了寻找单极,我们必须回到(接近)开始:大爆炸本身最早的时刻。在那些炎热,疯狂,狂热的日子里,宇宙的物理学与今天的物理学完全不同。实际上,整个宇宙的密度和温度都很高,以至于一些(如果不是全部的话)自然界的基本力量被融合成一个统一的整体。我们几乎没有完整的故事,但我们确实知道电磁和弱核力量在适当的条件下合并在一起,只留下三种自然力:重力,强大的核力和“电弱”力。转向更高的能量,就像在大爆炸之后的第一个小时内发现的能量,强大的力量加入统一党,只留下引力和所谓的大统一理论,或GUT。(将重力统一到图片中是另一种量子蠕虫,我将把这个故事留给另一天。)虽然我们只是暗示了GUT力量会是什么样子以及它会如何表现,但我们确实有一些有趣的想法,它们最终将如何分裂成我们今天所熟知和喜爱的更现代化的力量。打破坚冰 GUT力量的分裂被认为是暴力和突然的,在最小的一秒钟内穿过婴儿宇宙。这种戏剧性的相变可能会留下缺陷 - 时空结构中的小结,螺纹和线条。想象一下,水立方体突然冻结了; 由于水的不同区域以不同的速率和不同的时间冻结,因此产生的冰不是完全均匀的。相邻的晶体结构不能整齐地对齐,导致冰中的可见缺陷。在早期宇宙中由GUT相变遗留下来的这些缺陷中的一些具有单个孤立磁极的所有特性。而且因为这个相变包含了宇宙的整个体积,并且是一个非常令人敬畏的精力充沛的事件,我们的现代宇宙应该充满了这些异国情调的野兽。实际上,它们根本不应该是异国情调。如果这个GUT故事是正确的,单极子应该像中子星或黑洞一样熟悉。奇怪,是的,但完全可以观察到。 当有疑问时,膨胀当这个问题在20世纪60年代末首次出现时,它有很多宇宙学家担心。由于宇宙微波背景和分布的主要证据,我们知道宇宙大爆炸的故事基本上是正确的。遥远的无线电类星体。粒子物理学的标准模型正在成为......好吧,标准。因此,虽然我们没有完全理解GUT级物理,但似乎是在正确的轨道上。所以所有的单极子去哪儿了? 宇宙学家艾伦·古斯(Alan Guth)首先提出了一个解决方案:也许用磁性单极子淹没宇宙的GUT相变也使它们消失了。他介绍了一个模型,其中GUT过渡通过一个称为通货膨胀的过程触发了一个过度快速扩张的时期。这一通货膨胀事件使整个宇宙的扩张远远超过任何本地可观察的补丁。这意味着超出我们所能看到的范围的只是...更多的恒星,星系和其他熟悉的宇宙实体。在这张照片中,那里有很多宇宙。多宇宙的方式。宇宙的因子为10 ^ 62。这就是Guth解决单极问题的方法:将它扫到宇宙地毯下。产生单极子; 然后宇宙膨胀,驱使它们彼此相距很远。通过膨胀数学的设计,宇宙中每个可观察的斑块平均只包含一个单极子,使这些外来生物尽管早期多产,但基本上无法察觉。通货膨胀站当然,通货膨胀是对假设问题的假设解决方案。也许我们对GUT物理学是错误的,单极生产是不可能的。我们也不完全了解通货膨胀的机制。但是,这种模式已经成为现代宇宙学的固定因素,因为GUT单极或非单极,通货膨胀是解释宇宙其他许多特征的便利设备。为什么宇宙如此平坦?因为膨胀使它变得如此之大,以至于它变得平坦,就像一只微小的蚂蚁,测量过度膨胀的气球的局部曲率。[ 宇宙是平的 - 现在是什么?] 为什么宇宙微波背景的大片具有大致相同的温度,尽管它们相距甚远,以至于在早期宇宙中没有足够的时间来均匀化它们?因为在通货膨胀之前他们已经联系起来。通货膨胀理论更进了一步:它对如何在大规模上将物质聚集在一起做出了坚定的预测 - 这些预测与后来的观察结果一致。因此,开始作为一个外部问题的解决方案开始成为现代宇宙学的基石。 也许总有一天我们会完全理解通货膨胀是如何运作的。也许我们也会找到一个单极子。

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