Kosmische Schnuren sind hypothetische 1-dimensionale (räumlich) topologische Defekte, die sich während einer Symmetrie geformt haben können, die Phase-Übergang im frühen Weltall bricht, wenn die Topologie der zu diesem Symmetrie-Brechen vereinigten Vakuumsammelleitung nicht einfach verbunden wird. Es wird erwartet, dass mindestens eine Schnur pro Volumen von Hubble gebildet wird. Über ihre Existenz wurde zuerst vom theoretischen Physiker Tom Kibble in den 1970er Jahren nachgedacht.

Die Bildung von kosmischen Schnuren ist den Schönheitsfehlern etwas analog, die sich zwischen Kristallkörnern in fest werdenden Flüssigkeiten oder den Spalten formen, die sich formen, wenn Wasser ins Eis friert. Die Phase-Übergänge, die zur Produktion von kosmischen Schnuren führen, werden wahrscheinlich während der frühsten Momente der Evolution des Weltalls gerade nach der kosmologischen Inflation vorgekommen sein, und sind eine ziemlich allgemeine Vorhersage sowohl in der Quant-Feldtheorie als auch in den Schnur-Theorie-Modellen des Frühen Weltalls.

Andere Typen von topologischen Defekten in der Raum-Zeit sind Bereichswände, Monopole und Texturen.

Theorien, die kosmische Schnuren enthalten

In der Schnur-Theorie kann die Rolle von kosmischen Schnuren durch die grundsätzlichen Schnuren (oder F-Schnuren) selbst gespielt werden, die die Theorie perturbatively durch D-Schnuren definieren, die mit den F-Schnuren durch die schwach-starke oder so genannte S-Dualität, oder höherem dimensionalem D-, NS- oder der M branes verbunden sind, die auf zu Raum-Zeit-Extradimensionen vereinigten Kompaktzyklen teilweise gewickelt werden, so dass nur eine Nichtkompaktdimension bleibt, sieh den Artikel von Copeland, Myers und Polchinski (pdf).

Das archetypische Beispiel einer Quant-Feldtheorie mit kosmischen Schnuren ist das Modell von Abelian Higgs. Die Quant-Feldtheorie und Schnur-Theorie, wie man erwartet, haben kosmische Schnuren viele Eigenschaften gemeinsam, aber mehr Forschung ist erforderlich, um die genauen Unterscheidungsmerkmale zu bestimmen. Die F-Schnuren sind zum Beispiel völlig mit dem Quant mechanisch und haben keine klassische Definition, wohingegen die Feldtheorie kosmische Schnuren fast klassisch exklusiv behandelt wird.

Dimensionen

Kosmische Schnuren, wenn sie bestehen, würden mit Diametern derselben Größenordnung wie dieses eines Protons, d. h. ~ 1 von, oder kleiner äußerst dünn sein. In Anbetracht dessen, dass diese Skala viel kleiner ist als jede kosmologische Skala, werden diese Schnuren häufig in der Nullbreite oder Annäherung von Nambu-Goto studiert. Unter dieser Annahme benehmen sich Schnuren als eindimensionale Gegenstände und folgen der Handlung von Nambu-Goto, die zur Handlung von Polyakov klassisch gleichwertig ist, die den bosonic Sektor der Superschnur-Theorie definiert.

In der Feldtheorie wird die Schnur-Breite durch die Skala der Symmetrie gesetzt, die Phase-Übergang bricht. In der Schnur-Theorie wird die Schnur-Breite (in den einfachsten Fällen) durch die grundsätzliche Schnur-Skala, Verziehen-Faktoren (vereinigt zur Raum-Zeit-Krümmung einer inneren sechsdimensionalen Raum-Zeit-Sammelleitung) und/oder die Größe von inneren Kompaktdimensionen gesetzt. (In der Schnur-Theorie ist das Weltall entweder 10- oder 11-dimensional, abhängig von der Kraft von Wechselwirkungen und der Krümmung der Raum-Zeit.)

Schwerkraft

Eine Schnur ist eine geometrische Abweichung von der Geometrie von Euclidian in der durch ein winkeliges Defizit charakterisierten Raum-Zeit: Ein Kreis um die Außenseite einer Schnur würde einen Gesamtwinkel weniger als 360 ° umfassen. Aus der allgemeinen Relativitätstheorie muss solch ein geometrischer Defekt in der Spannung sein, und würde durch die Masse manifestiert. Wenn auch, wie man denkt, kosmische Schnuren äußerst dünn sind, würden sie riesige Dichte haben, und würden so bedeutende Gravitationswelle-Quellen vertreten. Eine kosmische Schnur ungefähr ein Kilometer in der Länge kann massiver sein als die Erde.

Jedoch sagt allgemeine Relativität voraus, dass das Gravitationspotenzial einer geraden Schnur verschwindet: Es gibt keine Gravitationskraft auf der statischen Umgebungssache. Die einzige Gravitationswirkung einer geraden kosmischen Schnur ist eine Verhältnisablenkung der Sache (oder Licht) Übergang der Schnur auf Gegenseiten (eine rein topologische Wirkung). Eine geschlossene kosmische Schnur wird auf eine herkömmlichere Weise angezogen.

Während der Vergrößerung des Weltalls würden kosmische Schnuren ein Netz von Schleifen bilden, und in der Vergangenheit wurde es gedacht, dass ihr Ernst für das ursprüngliche Trampeln der Sache in galaktische Supertrauben verantwortlich gewesen sein könnte. Es wird jetzt berechnet, dass ihr Beitrag zur Struktur-Bildung im Weltall weniger als 10 % ist.

Negative kosmische Massenschnur

Das Standardmodell der kosmischen Schnur ist eine geometrische Struktur mit einem Winkeldefizit, das so in der Spannung ist und folglich positive Masse hat. 1995, Visser u. a. vorgeschlagen, dass kosmische Schnur theoretisch auch mit einem Winkelübermaß, und so negativer Spannung und folglich negativer Masse bestehen konnte. Der stabiliity solcher exotischer Sache-Schnur ist jedoch problematisch, sie haben darauf hingewiesen, dass, wenn eine negative Massenschnur um ein Wurmloch im frühen Weltall gewickelt werden sollte, solch ein Wurmloch genug stabilisiert werden konnte, um am heutigen Tag zu bestehen.

Beobachtungsbeweise

Es wurde einmal gedacht, dass der Gravitationseinfluss von kosmischen Schnuren zum groß angelegten Trampeln der Sache im Weltall beitragen könnte, aber alles, was heute durch Milchstraße-Überblicke und Präzisionsmaße des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) bekannt ist, passt eine Evolution aus dem zufälligen, gaussian Schwankungen. Diese genauen Beobachtungen neigen deshalb dazu, eine bedeutende Rolle für kosmische Schnuren auszuschließen, und zurzeit ist es bekannt, dass der Beitrag von kosmischen Schnuren zum CMB mehr als 10 % nicht sein kann.

Die gewaltsamen Schwingungen von kosmischen Schnuren führen allgemein zur Bildung von Spitzen und Knicken. Diese veranlassen der Reihe nach Teile der Schnur, von in isolierte Schleifen zu drücken. Diese Schleifen haben eine begrenzte Lebensspanne und verfallen (in erster Linie) über die Gravitationsradiation. Diese Radiation, die zum stärksten Signal von kosmischen Schnuren führt, kann der Reihe nach in Gravitationswelle-Experimenten, wie LIGO und LISA feststellbar sein. Eine wichtige geöffnete Frage ist, inwieweit das gequetschte von Schleifen backreact tun oder den anfänglichen Staat der ausstrahlenden kosmischen Schnur ändern — werden solche backreaction Effekten fast immer in der Berechnung vernachlässigt und sind bekannt, sogar für Größenordnungsschätzungen wichtig zu sein.

Gravitationslensing einer Milchstraße durch eine gerade Abteilung einer kosmischen Schnur würde zwei identische, unverzerrte Images der Milchstraße erzeugen. 2003 hat eine von Michail Sazhin geführte Gruppe die zufällige Entdeckung von zwei anscheinend identischen Milchstraßen sehr eng miteinander im Himmel gemeldet, zu Spekulation führend, dass eine kosmische Schnur gefunden worden war. Jedoch haben sich Beobachtungen durch das Hubble Raumfernrohr ihnen im Januar 2005 gezeigt, um ein Paar von ähnlichen Milchstraßen, nicht zwei Images derselben Milchstraße zu sein. Eine kosmische Schnur würde ein ähnliches Doppelimage von Schwankungen im kosmischen Mikrowellenhintergrund erzeugen, der durch die Landvermesser-Mission von Planck feststellbar sein könnte.

Ein zweites Stück von Beweisen, die kosmische Schnur-Theorie unterstützen, ist ein Phänomen, das in Beobachtungen des "doppelten Quasars" genannt Q0957+561A, B. Originally beobachtet ist, der von Dennis Walsh, Bob Carswell und Ray Weymann 1979 entdeckt ist, das doppelte Image dieses Quasars wird durch eine Milchstraße verursacht, die dazwischen und der Erde eingestellt ist. Die Gravitationslinse-Wirkung dieser Zwischenmilchstraße biegt das Licht des Quasars, so dass es zwei Pfaden von verschiedenen Längen zur Erde folgt. Das Ergebnis besteht darin, dass wir zwei Images desselben Quasars, das ein Ankommen eine kurze Zeit nach dem anderen (ungefähr 417.1 Tage später) sehen.

Jedoch hat eine Mannschaft von Astronomen am Zentrum des Harvards-Smithsonian für die von Rudolph Schild geführte Astrophysik den Quasar studiert und hat gefunden, dass während der Periode zwischen September 1994 und Juli 1995 die zwei Images geschienen sind, Verzögerung keine Zeit zu haben; Änderungen in der Helligkeit der zwei Images sind gleichzeitig bei vier getrennten Gelegenheiten vorgekommen. Schild und seine Mannschaft glauben, dass die einzige Erklärung für diese Beobachtung darin besteht, dass eine kosmische Schnur zwischen der Erde und dem Quasar während dieses Zeitabschnitts gegangen ist, mit der sehr hohen Geschwindigkeit reisend und mit einer Periode von ungefähr 100 Tagen schwingend.

Die Interferometer fantasielose Lasergravitationswelle-Sternwarte (LIGO) und besonders der im Weltraum vorhandene Gravitationswelle-Entdecker wird Laser Interferometer Space Antenna (LISA) nach Gravitationswellen suchen und wird wahrscheinlich empfindlich genug sein, um Signale von kosmischen Schnuren zu entdecken, vorausgesetzt dass die relevanten kosmischen Schnur-Spannungen nicht zu klein sind.

Schnur-Theorie und kosmische Schnuren

Während der frühen Tage der Schnur-Theorie, sowohl Theoretiker als auch kosmische Schnur-Theoretiker zu spannen, hat geglaubt, dass es keinen Direktanschluss zwischen Superschnuren gab und kosmische Schnuren (die Namen unabhängig analog mit der gewöhnlichen Schnur gewählt wurden). Die Möglichkeit von kosmischen Schnuren, die im frühen Weltall erzeugen werden, wurde zuerst vom Quant-Feldtheoretiker Tom Kibble 1976 vorgesehen, und das hat die erste Aufregung von Interesse im Feld getrieben. 1985, während der ersten Superschnur-Revolution, hat Edward Witten auf der Möglichkeit von grundsätzlichen Superschnuren nachgesonnen, die im frühen Weltall erzeugen worden sind, und hat sich zu makroskopischen Skalen gestreckt, in welchem Fall (im Anschluss an die Nomenklatur von Tom Kibble) sie dann kosmische Superschnuren genannt werden würden. Er hat beschlossen, dass hatte, haben sie gewesen erzeugt sie hätten sich entweder in kleinere Schnuren vor jemals dem Erreichen makroskopischer Skalen aufgelöst (im Fall vom Typ ich spanne Theorie super), sie würden immer als Grenzen von Bereichswänden erscheinen, deren Spannung die Schnuren zwingen würde, zusammenzubrechen aber nicht zu kosmischen Skalen (im Zusammenhang der Superschnur-Theorie von Heterotic) zu wachsen, oder eine charakteristische Energieskala in der Nähe von der Energie von Planck zu haben, würden sie vor der kosmologischen Inflation erzeugt und würden folglich weg mit der Vergrößerung des Weltalls und nicht verdünnt, erkennbar sein.

Viel hat sich seit diesen frühen Tagen in erster Linie wegen der zweiten Superschnur-Revolution geändert. Es ist jetzt bekannt, dass die Schnur-Theorie zusätzlich zu den grundsätzlichen Schnuren, die die Theorie perturbatively auch definieren, andere eindimensionale Gegenstände, wie D-Schnuren und höhere dimensionale Gegenstände wie D-branes, NS-branes und M branes teilweise gewickelt auf Raum-Zeit-inneren Kompaktdimensionen enthält, während sie in einer Nichtkompaktdimension räumlich erweitert wird. Die Möglichkeit von großen Kompaktdimensionen und großen Verziehen-Faktoren erlaubt Schnuren mit der Spannung viel tiefer als die Skala von Planck. Außerdem, verschiedene Dualitäten, die Punkt zum Beschluss entdeckt worden sind, dass wirklich alle diese anscheinend verschiedenen Typen der Schnur gerade derselbe Gegenstand sind, wie es in verschiedenen Gebieten des Parameter-Raums erscheint. Diese neuen Entwicklungen haben Interesse an kosmischen Schnuren größtenteils wiederbelebt, am Anfang der 2000er Jahre anfangend.

2002 haben Henry Tye und Mitarbeiter die Produktion von kosmischen Superschnuren während der letzten Stufen der brane Inflation vorausgesagt, ein Schnur-Theorie-Aufbau des frühen Weltalls, das gibt, führt zu einem dehnbaren Weltall und kosmologischer Inflation. Es wurde nachher vom Schnur-Theoretiker Joseph Polchinski begriffen, dass das dehnbare Weltall eine "grundsätzliche" Schnur gestreckt haben könnte (die Sorte, die Theorie superspannen, zieht in Betracht), bis es der intergalaktischen Größe war. Solch eine gestreckte Schnur würde viele der Eigenschaften der alten "kosmischen" Schnur-Vielfalt ausstellen, die älteren Berechnungen nützlich wieder machend. Wie Theoretiker Tom Kibble bemerkt, "haben Schnur-Theorie-Kosmologen kosmische Schnuren entdeckt, die überall im Unterholz lauern". Ältere Vorschläge, um kosmische Schnuren zu entdecken, konnten jetzt verwendet werden, um Superschnur-Theorie zu untersuchen.

Superschnuren, D-Schnuren oder die anderen zähen Gegenstände, die über dem gestreckten zu intergalaktischen Skalen erwähnt sind, würden Gravitationswellen ausstrahlen, die mit Experimenten wie LIGO und besonders dem im Weltraum vorhandenen Gravitationswelle-Experiment LISA entdeckt werden konnten. Sie könnten auch geringe Unregelmäßigkeiten im kosmischen Mikrowellenhintergrund, zu fein veranlassen, noch, aber vielleicht innerhalb des Bereichs der zukünftigen Wahrnehmbarkeit entdeckt worden zu sein.

Bemerken Sie, dass die meisten dieser Vorschläge, jedoch, auf den passenden kosmologischen Grundlagen (Schnuren, branes, usw.) abhängen, und keine überzeugende experimentelle Überprüfung von diesen bis heute bestätigt worden ist. Kosmische Schnuren stellen dennoch ein Fenster in die Schnur-Theorie zur Verfügung. Wenn kosmische Schnuren beobachtet werden, der eine echte Möglichkeit für eine breite Reihe von kosmologischen Schnur-Modellen ist, würde das die ersten experimentellen Beweise eines Schnur-Theorie-Modells zur Verfügung stellen, der Struktur der Raum-Zeit unterliegend.

Siehe auch

• 0-dimensionaler topologischer Defekt: magnetischer Monopol
• 1-dimensionaler topologischer Defekt: kosmische Schnur
• 2-dimensionaler topologischer Defekt: Bereichswand
• kosmische Schnur-Schleife hat sich durch einen fermionic Superstrom stabilisiert: vorton
• Dr Kip Thorne, ITP & CalTech. Raum-Zeit-Verziehen und das Quant: Ein Anblick der Zukunft. Vortrag gleitet und Audio-

Links

• Eine Simulation der kosmischen Schnur
• http://www.damtp.cam.ac.uk/user/gr/public/cs_interact.html
• astro-ph/0302547 CSL-1: eine Zufallsvorsprung-Wirkung oder serendipitous Entdeckung einer Gravitationslinse durch eine kosmische Schnur veranlasst?
• astro-ph/0406434 Anomale Schwankungen in Beobachtungen von Q0957+561 A, B: Das Rauchen der Pistole einer Kosmischen Schnur?
• astro-ph/0410073 Kosmische neugeborene Schnuren?
• astro-ph/0503120 Unterschriften von Kosmischen Schnuren im Kosmischen Mikrowellenhintergrund
• astro-ph/0506400 wenden Weitere spektroskopische Beobachtungen des CSL-1 ein
• astro-ph/0603838 Schließt Hubble Bildaufbereitung Kosmische Schnur-Linse Aus
• Kosmische Schnuren und Superschnuren auf arxiv.org