宇宙之结或终将解释宇宙为何存在

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想象一下宇宙最初、最炽热的时刻，那是一个由纯能量和基本粒子组成的翻滚的等离子体。正是在这原始的混沌之中，一个引人入胜的新理论提出，宇宙的塑造可能并非源于平滑、均匀的力量，而是某种更为复杂的东西：宇宙之结。这些并非日常的鞋带缠结，而是奇异的拓扑缺陷，是时空结构本身稳定的扭曲，理论认为它们源于宇宙最早相变中对称性的破缺。这一概念在开尔文勋爵19世纪的原子“涡旋理论”中找到了奇特的歷史回响，如今正重新获得研究人员的关注。他们提出，这些打结的结构可能是婴儿期宇宙的一个主要特征，存在于量子隧穿导致它们解开之前的短暂瞬间。但它们短暂的存在可能产生了一个深远而持久的后果：解决物理学最大的谜团之一，即允许我们的宇宙——以及我们——得以存在的物质-反物质不对称性。其机制既优雅又复杂。当炽热、致密的宇宙膨胀并冷却时，它经历了相变，就像水冻结成冰一样。某些理论，特别是那些涉及统一电磁力、弱核力和强核力的大统一理论（GUTs）预测，这些相变可能产生稳定的缺陷——线、壁，或者在这种情况下是结——在这些地方，对称性破缺并不均匀。可以将其想象为新宇宙相的气泡相互碰撞；在它们的边界相遇并纠缠的地方，就会产生一个拓扑结，这是早期更对称状态的冻结遗迹。这项新研究表明，这些宇宙之结并非永久性的。通过一种称为量子隧穿的过程，它们会衰变，并在此过程中，可能成为大量产生重右手中微子的工厂。中微子是幽灵般的、几乎无质量的粒子，能穿透一切，但它们假想中的右手对应物则质量要大得多，并且只通过引力相互作用。这些重中微子的衰变是称为轻子生成的理论框架的基石。在此过程中，衰变违反了CP对称性——意味着它们对待物质和反物质的方式略有不同——从而产生微量的轻子（如电子和中微子）多于反轻子。然后，这种轻子过剩通过已被充分理解的弱电过程转化为重子过剩——即质子和中子多于它们的反粒子。因此，在宇宙最初几分之一秒内诞生的打结结构的解开，可能直接播下了宇宙不平衡的种子：每有十亿个反物质粒子，就对应有十亿零一个物质粒子，最终导致了在相互湮灭之后我们所居住的这个物质主导的现实。这一想法弥合了现代物理学中几个巨大的鸿沟。它将远超任何粒子对撞机能力范围的大统一理论尺度下的超高能世界，与可观测的中微子领域以及重子生成的宇宙学难题联系了起来。虽然此类原始之结的直接证据仍然难以捉摸，但它们潜在的印记可能以微妙的统计异常或特定的偏振模式，甚至是在随机引力波背景（历史上剧烈宇宙事件产生的微弱嗡鸣）中，烙印在宇宙微波背景辐射上。未来的观测站，如激光干涉空间天线（LISA）或下一代宇宙微波背景实验，理论上可以聆听这些结解开时发出的回响。这个想法的诗意令人信服：宇宙的诞生可能并非平滑，而是打结的；正是在其最早纠缠结构的解开过程中，它找到了星系、恒星、行星乃至生命最终得以出现所必需的那种不对称性。它将开尔文勋爵失败的原子模型变成了宇宙创造的一个潜在隐喻，暗示着我们最大存在主义问题的答案，可能就系于时空最基本的扭曲之中。.

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