У просторі та часі можуть бути тріщини, але телескопи людства їх не бачать.
Тріщини, якщо вони існують, старі - залишки часу, незабаром після Великого вибуху, коли Всесвіт щойно перейшов з більш гарячого, чужорідного стану в більш прохолодний, більш звичний, який ми бачимо сьогодні. Те велике охолодження, яке фізики називають "фазовим переходом", яке почалося раніше в деяких місцях, ніж інші, іде теорія. Бульбашки більш прохолодного Всесвіту утворювались і поширювалися, розквітаючи по простору, поки вони не зустріли інших бульбашок. Врешті-решт, весь космос перейшов, а старий Всесвіт зник.
Але той старий, високоенергетичний стан, можливо, жив на кордонах між бульбашками, тріщинами в тканині простору-часу, де ті області охолодження зустрічалися і не ідеально поєднувалися разом. Деякі фізики думали, що ми можемо все-таки побачити докази цих тріщин або дефектів - відомих як "космічні струни" - в космічному мікрохвильовому фоні (CMB) - теплі, що залишилися від бурхливого появи Всесвіту. Але згідно з новим документом, це свідчення просто було б занадто слабким, щоб будь-який телескоп ніколи не вибирав проти шуму.
Космічні струни - це важкі об'єкти для уявлення, - сказав Оскар Ернандес, фізик з університету Макгілл в Монреалі та співавтор статті. Але вони мають аналоги в нашому світі.
"Чи ви ходили на замерзлому озері? Чи помітили ви тріщини, що пронизані крізь замерзлий лід озера? Це все ще досить солідно. Боятися нічого немає, але є тріщини", - сказав Ернандес Live Science
Ці тріщини утворюються через аналогічний процес фазового переходу, як космічні струни.
"Лід - це вода, яка пройшла фазовий перехід", - сказав він. "Молекули води могли вільно рухатись, як рідина, і раптом десь вони починають формуватися у кристал. Він починає вкладатися в плитки, які є шестикутниками. А тепер уявіть, що плитки ідеальні шестикутники і плитка з цим. Якщо хтось на іншому кінці озера знову почне плитку, "по суті є нульовий шанс, що ваша плитка вирівняється.
Недосконалі місця зустрічей на замерзлій поверхні озера утворюють довгі тріщини. У тканині, де перетинаються простір і час, вони утворюють космічні струни - якщо основна фізика правильна.
У космосі, вважають дослідники, є поля, які визначають поведінку основних сил і частинок. Перші фазові переходи Всесвіту створили ці поля.
"Можливо, може бути поле, яке стосується якоїсь частинки, яка повинна певним чином" вибрати напрямок для замерзання та охолодження ". А оскільки Всесвіт дійсно велика, він може вибрати різні напрямки в різних частинах Всесвіту ", - сказав він. "Тепер, якщо це поле підкоряється певним умовам ... тоді, коли Всесвіт охолоне, з'являться лінії розриву, з'являться енергетичні лінії, які не можуть охолонути".
Сьогодні ці місця зустрічей виглядатимуть як нескінченно тонкі лінії енергії через космос.
Пошук цих космічних рядків було б великою справою, оскільки це було б ще одним свідченням того, що фізика більша і складніша, ніж дозволяє нинішня модель, - сказав Ернандес.
Наразі найсучасніша теорія фізики частинок, яку дослідники вважають остаточно доведеною, відома як Стандартна модель. Він включає кварки та електрони, що складають атоми, а також більш екзотичні частинки, такі як бозон Хіггса та нейтрино.
Однак більшість фізиків вважають, що Стандартна модель є незавершеною. Як раніше повідомляла Live Science, існують всілякі ідеї, як розширити її, від надсиметричних частинок (тобто "stau slepton") до теорії суперструнних струн - ідеї про те, що всі частинки і сили можна пояснити як вібрації крихітних , багатовимірні "рядки". (Примітка. "Струни" теорії суперструнних не є тим самим предметом, що космічні "рядки". Існує лише стільки метафор, і іноді фізики в різних областях використовують її повторно.)
"Багато розширень Стандартної моделі, які людям дуже подобаються - як і багато теорій надструнних та інших - природно призводять до космічних рядків після того, як відбудеться інфляція", - сказав Ернандес. "Отже, у нас є об'єкт, який передбачається дуже багатьма моделями, тому якщо їх не існує, всі ці моделі виключаються. І якщо вони існують, о Боже, люди щасливі".
Починаючи з 2017 року, виникає шум зацікавлених у спробі виявити рядки в CMB, Ернандес та його співавтор написали у своєму документі, опублікованому 18 листопада в базі даних arXiv та ще не підданому рецензуванню.
Ернандес разом з Разваном Чюка з коледжу Маріанополіс у Вестмаунті, Квебек, в минулому стверджували, що конволюційна нейронна мережа - потужний тип програмного забезпечення для пошуку візерунків - буде найкращим інструментом для виявлення доказів струн у CMB.
Припускаючи ідеальну безшумну карту CMB, вони написали в окремому документі 2017 року, що комп'ютер, який працює в такій нейромережі, повинен вміти знаходити космічні рядки, навіть якщо рівень їх енергії (або "напруга") надзвичайно низький.
Але, переглянувши тему в цій новій статті про 2019 рік, вони показали, що насправді майже неможливо забезпечити достатньо чисті дані CMB для нейронної мережі для виявлення цих потенційних рядків. Інші, яскравіші джерела НВЧ затінюють CMB і їх важко повністю роз'єднати. Навіть найкращі мікрохвильові інструменти недосконалі, з обмеженою роздільною здатністю та випадковими коливаннями точності запису від одного пікселя до іншого. Усі ці чинники та багато іншого, вони виявили, досягають рівня втрати інформації, який жоден поточний або запланований метод запису та аналізу CMB не зможе подолати, вони написали. Цей спосіб полювання на космічні струни є тупиком.
Це не означає, що все втрачено, проте вони написали.
Новий метод полювання на космічні струни заснований на вимірюваннях розширення Всесвіту в усіх напрямках по давніх частинах Всесвіту. Цей метод, який називається відображенням інтенсивності 21 сантиметра, не спирається на вивчення руху окремих галактик або на точні зображення КМБ, сказав Ернандес. Натомість, він заснований на вимірюванні швидкості, з якою атоми водню віддаляються від Землі, в середньому, у всіх частинах глибокого космосу.
Найкращі обсерваторії для 21-сантиметрового картографування (названі так, бо водень випромінює електромагнітну енергію з контрольною 21-сантиметровою довжиною хвилі) ще немає в мережі. Але коли вони приїжджають, писали автори, є надія на більш чіткі докази космічних рядків у їхніх даних. І тоді, сказав Ернандес, полювання може початися заново.
