신비한 우주의 끈

우주 끈 고리는 흔들리고 진동하여 중력파를 생성한 다음 사라질 때까지 에너지를 잃으면서 천천히 축소됩니다.

우주 끈 고리는 흔들리고 진동하여 중력파를 생성한 다음 사라질 때까지 에너지를 잃으면서 천천히 축소됩니다. (이미지 크레디트: Matt DePies/UW)



폴 엠. 서터 의 천체 물리학자입니다. 오하이오 주립 대학 , 의 주인 우주인에게 물어보세요 그리고 우주 라디오 , 그리고 '의 저자 우주에서 당신의 위치. ' Sutter는 이 기사를 demokratija.eu의 전문가 목소리: Op-Ed 및 통찰력 .



가능한 가장 빠른 순간에 우주가 갈라졌습니다. 이 균열 - 시공 그 자체의 눈물과 찢어짐 -은 오늘날에도 남아있을 수 있습니다. 오래 전에 죽은 시대의 유물, 이국적인 힘과 이상한 에너지가 지배하는 시대가 지속될 수 있습니다.

우리 우주는 소위 우주 끈, 이러한 시공간의 결함으로 가득 차 있을 수 있습니다. 그리고 그것들이 존재한다는 어떤 증거도 아직 가지고 있지 않지만, 그것들은 여전히 ​​거기에 있을 수 있습니다. 그리고 나는 당신이 정말로 그것을 만나고 싶지 않다고 약속합니다.



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얼음에 갇힌

우주의 빅뱅 모델은 매우 간단합니다. 오래 전 우주는 매우 작고 매우 뜨겁고 밀도가 높았습니다. 약 138억 년 전의 어떤 단계에서는 우주가 너무 작고 뜨겁고 밀도가 높아 완전히 다른 기본 상태에 있었습니다. 오늘날 우리가 알고 사랑하는 자연의 4가지 힘은 한 지점에서 하나의 통일된 힘으로 융합되었습니다. 우주가 처음 10억분의 10억분의 1초 동안 냉각되고 팽창하면서(그리고 아마도 안전한 측정을 위해 여기에 몇 십억 분의 1을 더 추가했을 것입니다), 힘은 서로로부터 하나씩 분리되었습니다.

이것은 우주가 완전히 성격을 바꾸는 급진적 상전이였습니다. 그러나 다른 모든 상전이와 마찬가지로 완벽하지 않았을 수도 있습니다. 또는 적어도 우주 전체에서 정확히 같은 시간에 정확히 같은 방식으로 발생하지 않았을 수도 있습니다. 이것을 이해하기 위해 훨씬 더 평범하고 친숙한 예인 각얼음 트레이를 예로 들어 보겠습니다. 트레이에 물을 넣고 트레이를 냉동실에 넣으면 물은 결국 액체에서 고체로 상이 변할 만큼 충분히 차가운 온도에 도달합니다. 그리고 이 상전이는 각얼음 전체에서 완벽하게 일어나지 않습니다.



물이 액체에서 얼어붙은 상태로 바뀌면 핵 생성 지점에서 시작됩니다. 이것은 곧 우리가 얼음이라고 부르는 결정 격자를 형성하기 시작하는 곧 될 각얼음의 임의의 지점이며, 그 지점에서 상전이가 바깥쪽으로 퍼져 모든 물을 둘러싸고 분자가 멋지고 깔끔하게 정렬되어 있습니다. 특정 방향으로 깔끔하게. 그러나 그 핵 생성 지점이 혼자일 필요는 없습니다. 그 상전이가 물 전체에 퍼지는 데 시간이 걸립니다. 그리고 그 시간에 또 다른 핵 생성 지점이 자체적으로 결정 격자를 형성하기 시작할 수 있습니다. 그리고 그 점은 첫 번째 것과 완전히 다른 방향을 갖기로 결정했을 수 있습니다.

최종 결과는 얼음 조각에 결함이 있다는 것입니다. 전체 볼륨에 걸쳐 완벽하게 맑은 것은 아닙니다. 그리고 이것은 육안으로 분명합니다. 얼음 조각을 들고 응시하면 균열과 벽, 때로는 거품까지 볼 수 있습니다. 이것은 결정 격자에서 두 개의 서로 다른 상전이 세트가 정확히 정렬되지 않았을 때 발생하는 나머지 결함입니다.

따라서 이 예를 들어 1조 또는 1000조도 정도 확장하면 초기 우주의 그림을 볼 수 있습니다.



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아름다운 결점

당신이 상상할 수 있듯이, 우주가 위상을 바꾸고 시공간에 남겨진 결함과 균열 자연의 힘 서로 떨어져 있는 것은 얼음 조각의 일부 결함보다 조금 더 이상하고 이국적입니다. 이 과정에서 남겨진 가장 일반적인 결함 중 일부는 소위 우주 끈입니다. 이것들은 초끈이라고 적절히 불리는 끈 이론의 끈과 관련이 없습니다. (초문자열에서 우주 문자열을 생성하는 방법이 있을 수 있지만 지금 당장은 다루지 않겠습니다.)

이 우주 끈은 관측 가능한 우주의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 뻗어 있으며 시공 그 자체의 1차원적 결함입니다. 우주가 커짐에 따라 끈도 함께 자랍니다. 왜냐하면 그것들은 단순히 기본 공간 구조의 일부이기 때문입니다. 따라서 시공간이 확장됨에 따라 문자열도 확장됩니다.

그러나 그것들은 완전히 1차원적이지 않습니다. 그들은 약간의 성격을 가지고 있습니다. 그들의 너비는 상전이가 발생한 정확한 시기와 방법에 따라 다르지만 대부분의 이론에서는 대략 양성자의 너비로 두었습니다. 그들은 그 자체로 질량이 없습니다. 원자로 만들어진 것처럼 무언가로 만들어진 것이 아닙니다.) 그러나 그것들은 시공간의 주름이기 때문에 장력이 있습니다. 시공간의 변형이 중력의 원인이 되기 때문입니다. 이 긴장은 마치 우주의 끈에 질량이 있는 것처럼 보입니다.

질량은 끈의 밀도와 장력 수준에 따라 다릅니다. 결과 수치는 모두 사용된 특정 이론에 따라 달라지지만, 좋은 경험 법칙은 1인치(2.5센티미터)의 우주 끈이 에베레스트 산 , 그리고 1마일(1.6km)은 지구와 같은 질량을 줄 것입니다. 이 우주의 끈은 관측 가능한 우주의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 뻗어 있음을 명심하십시오.

이 우주 끈 주변의 조건은 매우 이상합니다. 그것들은 자신을 중심으로 시공간을 휘게 하기 때문에, 만약 당신이 하나의 주위를 원을 그리며 여행한다면, 당신은 출발점으로 돌아가기 위해 360도 미만을 여행해야 한다는 것을 알게 될 것입니다. 거의 불가능해 보이지만, 그것은 우주의 끈을 중심으로 휘어진 시공간의 삶입니다.

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거기에 약간의 흔들림을 넣어

게다가 끈이 흔들린다. 많이. 때때로 그들은 너무 격렬하게 흔들려서 스스로 루프 안으로 들어가고, 스스로를 꼬집고 남은 끈 너머로 닫힌 루프를 보냅니다. 때로는 두 개 이상의 끈이 서로를 찾아 조금씩 흔들며 교차하여 스스로 잘립니다. 때때로 흔들림은 특히 폭력적이 되어 빛의 속도로 현을 위아래로 이동하는 꼬임과 첨두를 형성합니다.

우주의 끈을 잠재적으로 감지할 수 있게 만드는 것은 이 모든 흔들림입니다. 닫힌 루프와 교두는 중력파를 생성합니다. 이 중력파는 약해지고 결국 끈을 녹입니다. 고맙게도 이것은 오랜 시간이 걸리므로 초기 우주에서 어떤 끈이 만들어졌다면 오늘날에도 여전히 매달려 있어야 합니다.

우리는 우주 끈에서 중력파를 감지하지 못했습니다. 향후 업그레이드를 통해 레이저 간섭계 중력파 관측소 , 또는 2030년대 중반에 발사될 예정인 유럽의 레이저 간섭계 우주 안테나 우주선이 측정한 것입니다.

하지만 우주의 끈을 볼 수 있는 또 다른 기술이 있습니다. 그리고 그것은, 글쎄, 그들을 찾는 것입니다. 빛은 우주의 끈 근처에서 쪼개질 것이므로, 우연히 우리의 시선에서 멀리 떨어진 은하에 떨어지면 그 은하의 이미지는 둘로 쪼개질 것입니다. 우리는 이 증거를 찾기 위해 수색하고 찾았지만 헛되이 중력파와 동일한 결과를 얻었습니다. 우주 끈의 징후가 없습니다.

우주의 끈이 우리 우주에 남아 있다면, 그것들은 많은 긴장을 가질 수 없고 따라서 많은 질량을 가질 수 있습니다. 그렇지 않으면 우리는 지금쯤 어떤 식으로든 그것들을 보았을 것입니다. 그러나 우주의 끈은 일반적으로 초기 우주의 상전이 이론에 의해 예측됩니다. 따라서 우주의 끈에 대한 우리의 이해가 잘못되었거나(그럴 가능성이 높음) 초기 우주에 대한 우리의 이해가 잘못되었습니다(또한 그럴 가능성이 있음).

무슨 일이 있어도 결국 우리가 우주의 끈을 감지할 수 있다면 우리 우주에서 가장 깊은 미스터리와 변혁의 시대를 여는 데 도움이 될 것입니다. 그들이 계속 흔들리기를 바랍니다.

에피소드를 듣고 자세히 알아보기 '신비한 우주의 끈은 무엇입니까?' Ask A Spaceman 팟캐스트에서 아이튠즈 그리고 웹에서 http://www.askaspaceman.com . Raul P에게 감사합니다. 이 작품으로 이어진 질문에 대해! #AskASpaceman을 사용하거나 Paul을 팔로우하여 Twitter에서 자신만의 질문을 하세요. @PaulMattSutter 그리고 facebook.com/PaulMattSutter .

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