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該理論最出色的地方在于，它并非物理學家的紙上談兵、無法通過檢驗來證實。相反，利用目前正在搭建的微波望遠鏡，我們也許在不久的將來就能探測到這張巨大無垠的弦網(wǎng)絡(luò)。

而如果證實了軸子宇宙的存在，我們便朝最終揭開萬物之謎邁進了一大步。

弦的“交響樂”

接下來，讓我們談?wù)勗鯓硬拍茏龅竭@一點。首先，我們需要進一步了解軸子。軸子由物理學家、諾貝爾獎得主弗蘭克·維爾切克（Frank Wilczek）于1978年命名。之所以起這個名字，是因為根據(jù)物理學家推測，該粒子源自一種特定類型的對稱性破缺。

有一種對稱名叫CP對稱，認為如果將物質(zhì)與反物質(zhì)的坐標互換，兩者的表現(xiàn)應當完全相同。但這種對稱性似乎無法與強核力理論自然吻合。要解開這個謎團，可以引入宇宙中的另一種對稱性，從而“糾正”這種錯誤表現(xiàn)。然而，這種新對稱性只有在極高能量下才能實現(xiàn)。在日常的低能狀態(tài)下，這種對稱性就會消失。而為了彌補這一點，物理學家便提出了軸子。

接下來再來談一談弦理論。多年來，科學家一直試圖用一套統(tǒng)一的理論框架解釋包括引力在內(nèi)的所有自然力。弦理論便是主流框架之一。但由于多種原因，這個問題非常棘手。首先，弦理論要想成立，宇宙就不僅有三個空間維度和一個時間維度，還要有額外的幾個空間維度。

肉眼當然是看不見這些額外維度的，否則我們早就會注意到了。因此，這些額外額度的規(guī)模一定非常小，并且在極小的尺度上卷曲起來，從而躲過了常規(guī)的探測手段。

最困難的是，我們不清楚這些額外維度是如何卷縮的，其卷縮方法可能多達10200種。但它們似乎都有一個共同之處，即都有軸子的存在。因為根據(jù)弦理論，軸子就是纏繞并固定在這些卷縮維度周圍的粒子。

此外，弦理論不僅預測了一種軸子，而是可能有成百上千種不同的種類和質(zhì)量，包括可能出現(xiàn)在強核力理論預測中的軸子。

愚蠢的弦

所以，現(xiàn)在我們有了許多類型不同、質(zhì)量各異的粒子。但軸子可以構(gòu)成暗物質(zhì)嗎？對此，我們只能說“或許吧”。但“軸子構(gòu)成暗物質(zhì)”的理論需要經(jīng)過觀察驗證的挑戰(zhàn)，因此一些研究人員決定將注意力放在軸子家族中質(zhì)量較輕的一類上，努力尋找它們的蹤影。

而在這些研究人員開始挖掘早期宇宙中輕如鴻毛的軸子的行為時，他們發(fā)現(xiàn)了一些驚人的事情。宇宙在誕生初期曾經(jīng)歷過一系列階段過渡，從古怪的高能狀態(tài)變成了常規(guī)的低能狀態(tài)。

這些階段過渡發(fā)生時，宇宙誕生還不到1秒鐘。在此過程中，弦理論中的軸子并不是粒子形式，而是呈現(xiàn)為環(huán)狀和線狀，構(gòu)成了一張橫跨整個宇宙的、質(zhì)量極輕、幾乎隱形的網(wǎng)絡(luò)。

這個假想的“軸子宇宙”中充滿了各式各樣的軸子弦。然而，只有弦理論提出了這樣的預測。因此，若能證實我們真的生活在軸子宇宙中，對弦理論而言將是一次重大支持。

光線的變換

我們該如何搜索這些軸子弦呢？相關(guān)模型預測，軸子弦的質(zhì)量極輕，因此光線與軸子相撞后不會改變方向，軸子也有可能根本不會與其它粒子發(fā)生相互關(guān)系。銀河系中也許飄浮著成百上千萬根軸子弦，而我們根本看不到它們的存在。

但宇宙極其龐大而古老，我們可以好好利用這一點。而且我們已經(jīng)意識到，宇宙中存在一種“背景光”。宇宙微波背景（CMB）是宇宙中最古老的光線，從宇宙“幼年時期”（宇宙形成約38萬年時）便已經(jīng)存在。數(shù)百億年來，宇宙一直沐浴在這些光線中。這些光線也在宇宙中無所顧忌地蔓延開去，直到撞上某樣東西、擋住它們的去路，譬如我們的微波望遠鏡。

因此，我們在觀察宇宙微波背景時，看到的其實是數(shù)百億光年范圍內(nèi)的宇宙。假如宇宙中橫亙著一張巨大的軸子弦，我們便有可能注意到它，就像用手電筒照亮蜘蛛網(wǎng)的效果一樣。

在2019年12月5日發(fā)表在論文預印網(wǎng)站arXiv上的一篇論文中，研究人員計算了軸子宇宙對宇宙微波背景光線可能產(chǎn)生的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，光線從軸子弦旁邊經(jīng)過的方式可能會改變光線的偏振方向。這是因為宇宙微波背景光線（以及其余所有光線）均由電場波和磁場波構(gòu)成，光線的偏振方向決定了電場的方向，而當宇宙微波背景光線與軸子相遇時，電場方向也會隨之改變。我們可以利用特定的濾光器來確定宇宙微波背景光線的偏振方向，從而捕捉到這種效應。

研究人員發(fā)現(xiàn)，假如宇宙中充滿軸子弦，會使約1%的宇宙微波背景光線的偏振方向發(fā)生變化。這剛好是我們目前探測能力的極限。但科學家正在設(shè)計新一代宇宙微波背景繪制設(shè)備，如“宇宙起源探測器”、LiteBIRD和“原始膨脹探測器”（PIXIE）等等。這些新型望遠鏡能夠捕捉到軸子宇宙的蛛絲馬跡。等它們上任后，我們就能確定自己究竟是生活在一個軸子宇宙中、還是可以排除弦理論的這項預測了。

而無論是哪種結(jié)果，都有許多問題需要解決。

稿源： 新浪科技