Det kan være sprekker i romtid, men menneskehetens teleskoper kan ikke se dem.
Sprekkene, hvis de finnes, er gamle - rester av en tid kort tid etter Big Bang da universet nettopp hadde skiftet fra en varmere, mer fremmed tilstand til den kjøligere, mer kjente vi ser i dag. Den store avkjøling, det fysikere kaller en "faseovergang", startet tidligere noen steder enn andre, går teorien. Bobler av kjøligere univers dannet og spredte seg, og blomstret over verdensrommet til de møtte andre bobler. Etter hvert overgikk all verdensrommet, og det gamle universet forsvant.
Men den gamle tilstanden med høy energi kan ha levd videre ved grensene mellom boblene, sprekker i stoffet fra romtiden der de avkjølende områdene møttes og ikke passet perfekt sammen. Noen fysikere trodde vi fortsatt kunne se bevis på de sprekker eller mangler - kjent som "kosmiske strenger" - i den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB), varmen som var igjen fra universets voldelige fremvekst. Men ifølge en ny artikkel, vil bevisene ganske enkelt være for svake for at noe teleskop noen gang skulle plukke ut mot støyen.
Kosmiske strenger er vanskelige objekter å forestille seg, sa Oscar Hernández, fysiker ved McGill University i Montreal og medforfatter av papiret. Men de har analoger i vår verden.
"Har du gått på en frossen innsjø? Har du lagt merke til at sprekker snør seg gjennom den frosne innsjøen? Den er fremdeles ganske solid. Det er ingenting å være redd for, men det er sprekker," sa Hernández til Live Science
Disse sprekkene dannes gjennom en lignende faseovergangsprosess som kosmiske strenger.
"Is er vann som har gått gjennom en faseovergang," sa han. "Molekyler med vann var frie til å bevege seg som en væske, og så plutselig, et sted, begynner de å formes til en krystall. ... Det begynner å flislegge seg selv i fliser, som er sekskant. Nå, tenk å ha fliser som er perfekte sekskanter og fliser med det. Hvis noen i den andre enden av innsjøen begynner å flislegge igjen, "er det egentlig ingen sjanse for at flisene dine kommer på linje.
Ufullkomne møteplasser på en frossen innsjøoverflate danner lange sprekker. I stoffet der rom og tid skjærer hverandre, danner de kosmiske strenger - hvis den underliggende fysikken er riktig.
I verdensrommet, mener forskere, er det felt som bestemmer oppførselen til grunnleggende krefter og partikler. Første faseoverganger av universet brakte disse felt.
"Det kan være et felt knyttet til en eller annen partikkel som på noen måte må" velge en retning å fryse og kjøle seg ned. " Og siden universet er veldig stort, kan det velge forskjellige retninger i forskjellige deler av universet, "sa han. "Nå, hvis dette feltet adlyder visse forhold ... så når universet er avkjølt, vil det være linjer med diskontinuitet, vil det være linjer med energi som ikke kan kjøle seg ned."
I dag vil disse møtepunktene fremstå som uendelig tynne linjer med energi gjennom verdensrommet.
Å finne de kosmiske strengene ville være en stor sak fordi de ville være et annet bevis på at fysikk er større og mer komplisert enn den nåværende modellen tillater, sa Hernández.
Akkurat nå er den mest avanserte teorien om partikkelfysikk som forskere mener har blitt endelig bevist, kjent som standardmodellen. Det inkluderer kvarkene og elektronene som utgjør atomer, i tillegg til mer eksotiske partikler som Higgs boson og nøytrinoer.
Imidlertid mener de fleste fysikere at Standardmodellen er ufullstendig. Som Live Science har rapportert tidligere, er det alle slags ideer om hvordan man kan utvide på det, fra supersymmetriske partikler (dvs. "stau slepton") til superstring teori - ideen om at alle partikler og krefter kan forklares som vibrasjoner av bittesmå , flerdimensjonale "strenger." (Merk: "Strengene" i superstringsteorien er ikke den samme typen ting som kosmiske "strenger." Det er bare så mange metaforer tilgjengelig, og noen ganger gjenbruker fysikere i forskjellige felt en.)
"Mange utvidelser av standardmodellen som folk virkelig liker - som mange superstrerende teorier og andre - fører naturlig nok til kosmiske strenger etter at inflasjonen har funnet sted," sa Hernández. "Så det vi har er et objekt som er forutsagt av veldig mange modeller, så hvis de ikke eksisterer, blir alle disse modellene utelukket. Og hvis de eksisterer, herregud, er folk glade."
Siden 2017 har det vært en mengde interesse for å prøve å oppdage strenger i CMB, skrev Hernández og hans medforfatter i papiret sitt, publisert 18. november til arXiv-databasen og ennå ikke peer review.
Hernández, sammen med Razvan Ciuca fra Marianopolis College i Westmount, Quebec, hadde hevdet i fortiden at et innviklet nevralt nettverk - en kraftig type programvare for å finne mønster - ville være det beste verktøyet for å oppdage bevis for strengene i CMB.
Forutsatt at det er et perfekt, støyfritt kart over CMB, skrev de i et eget papir fra 2017, en datamaskin som kjører den slags nevrale nettverk, skal kunne finne kosmiske strenger selv om energinivået (eller "spenningen") er bemerkelsesverdig lave.
Men gjennom å se på emnet i denne nye artikkelen fra 2019, viste de at det i virkeligheten er nesten umulig å gi rene nok CMB-data til det nevrale nettverket til å oppdage disse potensielle strengene. Andre, lysere mikrobølgekilder skjuver CMB og er vanskelige å fjerne hverandre helt. Selv de beste mikrobølgeinstrumentene er ufullkomne, med begrenset oppløsning og tilfeldige svingninger i opptaksnøyaktigheten fra en piksel til den neste. Alle disse faktorene og mer, fant de, legger opp til et nivå av informasjonstap som ingen nåværende eller planlagt metode for registrering og analyse av CMB noen gang vil være i stand til å overvinne, skrev de. Denne metoden for å jakte på kosmiske strenger er en blindvei.
Det betyr ikke at alt er tapt, skrev de.
En ny metode for jakt på kosmiske strenger er basert på målinger av utvidelsen av universet i alle retninger over gamle deler av universet. Denne metoden - kalt 21 centimeter intensitetskartlegging - er ikke avhengig av å studere bevegelsene til individuelle galakser eller på presise bilder av CMB, sa Hernández. I stedet er det basert på målinger av hastigheten som hydrogenatomer beveger seg bort fra Jorden i gjennomsnitt i alle deler av det dype rommet.
De beste observatoriene for kartlegging av 21 cm (så kalt fordi hydrogen avgir elektromagnetisk energi med en kalt 21 cm bølgelengde) er ennå ikke online. Men når de ankommer, skrev forfatterne, er det håp om klarere bevis for kosmiske strenger i dataene deres. Og så, sa Hernández, kan jakten begynne på nytt.
