我們生活在一個“軸子宇宙”中？

對于宇宙，我們自以為已經懂得了很多。在宏觀上，我們有了看起來近乎完美的相對論；在微觀領域，我們有強大的量子力學。但這兩者卻存在諸多不兼容的地方。

許多科學家致力于建立大一統理論，亦即萬物理論，試圖以一個理論，同時解釋宏觀宇宙和微觀世界。

這其中最有名的是弦理論。弦理論認為，宇宙中存在的一種幾乎看不見的粒子——軸子，其弦形態曾經構成過一張巨大的網，布滿整個宇宙。

弦理論確實不完備，但也并非沒有檢驗的可能。

軸子是一種假想的粒子，最早是由物理學家Frank Wilczek于1978年提出的。

軸子之名源于它和某種非對稱性的關聯。宇宙總是傾向于對稱，物理學家也有同樣的愛好。有物質就有反物質。但是在實際研究中，物理學家卻發現了許多非對稱性現象。比如在對強互作用力的研究中。

為了揭開強互作用力之謎，人們引入了一種新的對稱性，以彌補這種缺失。但這種新的對稱性只出現在高能狀態下，在日常的低能狀態下會消失。因此物理學家假想可能存在一種新的對應粒子，即軸子。

軸子的存在可以幫助弦理論解決一個奇特的問題——額外維度的去向。弦理論的成立，依賴于這些額外的維度。但是我們在日常體驗生活中無法體驗到這些額外的維度，它們只存在于微觀尺度上。它們被卷曲了起來。它們的卷曲方式有10 200 種。

弦理論還認為，軸子不止一種，而是有至少數百種，它們的質量各不相同。其中包括能夠產生強互作用力的那種。

軸子也是暗物質的候選者之一。但是這一假設在觀測中會遇到許多挑戰，因此一些人轉而專注于尋找那些質量較小的軸子。

人們還發現，宇宙在它的極早期階段曾經發生過相變。它曾經從一個奇異的高能狀態向我們日常體驗的低能狀態發生轉換，并在此過程中改變了許多特性。

就在這些相變的一個過程中，軸子還沒有凝聚成為粒子，而是以圈狀或線狀的形態存在。一張超輕的，幾乎看不見的弦網曾經遍布當時的整個宇宙。

基于這樣的認識，以及觀測技術的進步，一些科學家認為，我們實際上可以看到這張網。

由于軸子弦的質量極小，無法和光子和其他粒子相互作用，因此我們無法直接看到它們。但是宇宙為我們提供了一道背景光，我們在某種程度上可以看到這張網的剪影。

這道背景光就是宇宙微波背景輻射。宇宙微波背景輻射是宇宙中最古老的光。它產生于宇宙誕生僅38萬年之時。它幾乎滲透了整個時空到達地球。

理論上，我們可以在這道背景光的映襯下，看到誕生138億年以來宇宙中發生過的所有事。假如軸子弦網真的存在過，那么我們也能發現它。

最近有三位學者在arXiv上發文認為，宇宙微波背景輻射在穿越弦網時，光子的偏振幅度可能會發生變化。這是因為宇宙微波背景輻射是電磁波，而光子的偏振幅度反映了電場的方向。假如軸子弦存在，那么宇宙微波背景輻射和它遭遇時就會發生改變。我們可以使用特殊濾鏡，通過觀測宇宙微波背景輻射中偏振幅度的變化來發現這種效應，進而發現弦網的存在。

研究人員發現，假如弦網存在，那么宇宙微波背景輻射中的偏振幅度變化大約會是1%，接近我們當前的探測能力。鑒于當前已有大量微波探測器正在建設中，我們或許很快就能發現宇宙中是否真的存在過弦網，以及我們是否生活在一個軸子宇宙中。

如果這張由軸子弦編織而成的網被證明真的存在過，那么整個物理學都有可能因此發生改變。

A CMB Millikan Experiment with Cosmic Axiverse Strings

https://arxiv.org/abs/1912.02823