一、“宇宙弦”理论的起因 
1。 大爆炸宇宙学不能解决“不均匀”问题 
在极遥远的古代，人类就在试图弄清“天地玄黄、宇宙洪荒”的奥秘。在当代，能相对成功地解释宇宙演变过程的是大爆炸宇宙模型。 
大爆炸理论是20世纪40年代由美国物理学家乔治·伽莫夫（1904～1968年）等人提出来的（详见第一册宇宙篇）。
  它认为宇宙间所有的物质和能量原先曾经集中在一个时空点内，在100～200亿年前的某一时刻，原始火球由于某种原因而爆炸，我们的宇宙就诞生了，并且一直膨胀到目前的状态。 
但是，大爆炸宇宙模型并没有解决全部问题，例如它解释不了宇宙结构的不均匀性。
  这种模型要求整个宇宙的物质应当均匀分布，然而目前宇宙中的物质却不是这样，而是呈“团块”状结构，甚至包括星系、星系团。这样就不得不另想办法来解决这一矛盾。这正是天文物理学家想出宇宙弦理论的原因。 
2。 宇宙观测的新发现 
大爆炸宇宙学理论认为，尽管宇宙中的大多数恒星都组成称为“星系”的团块，星系又组成更巨大的星系团；可是从宇观的角度看来，整个太空还是各向同性的。
  然而，随着天文观测技术的迅速发展，新的发现使人们不得不重新考虑这个问题。 
80年代，美国加利福尼亚卡内基学院观察站的红外线光学望远镜，发现星系以非常复杂的方式排列，“这些星系看上去像雕刻上去的，而不是爆炸溅射出来的”。更不寻常的发现是宇宙中的巨大空洞和巨大的星系链。
  1986年发现银河及其近邻正在向室女座运行，这表明存在一种强大的引力源，其质量相当于太阳质量的5´1019倍。1989年的观测证实了这个“星系大陆”的存在，发现它对周围的数百万其他星系都有稳定的吸引力。此外，天文物理学家们还观测到5亿光年长、2亿光年宽、1500万光年厚的超星系团，这就戏剧性地说明了宇宙天体的表观尺度并不是星系或星系团，而是更大的东西。
  它们的结构非常巨大和古老，使得现在的宇宙大爆炸模型理论很难加以解释。为此，物理学家们开始修改宇宙的有关理论，就引入了“宇宙弦模型”。 
二、大爆炸超高温相变的遗迹 
物理学家能通过宇宙弦理论推断当前的宇宙结构是怎样演变的。这种理论使物理学家能用精确的物理过程解释宇宙的大尺度结构，并提出可被验证的精确预言。
  如果宇宙弦理论被证明是正确的，人类对宇宙大尺度结构的认识就能建立在一个稳固的基础上。那么宇宙弦到底是如何产生的呢？ 
根据“弱──电”统一理论或大统一理论，物理学家认为在大爆炸后第10-35秒有了宇宙弦。距离大爆炸时刻越近，宇宙的温度就越高。
  让我们逆着时间箭头来看：宇宙在大爆炸后的第30分钟，达到的温度足以从光子产生一对对的“电子——正电子”；第3分钟，温度高到足以使原子核分裂成质子和中子；第1秒钟，弱作用力开始起作用；在第0。01秒，温度高到足以将质子和中子分裂成夸克，夸克再通过强相互作用而结合。
  在此之前物质又是什么样子呢？ 
在大爆炸后最初阶段的极高能量状态下，引力、电磁力、弱力和强力之间没有区别，只存在于一个统一场之中。然而，当时又会产生超高温相变，宇宙弦就是这种超高温相变的遗迹，它是相变中线状的缺陷。这些缺陷包含着大爆炸后的高能残余——极细极重的统一场。
  宇宙弦的存在是根据大统一理论推测出来的。 
三、宇宙弦的奇特性质 
由上面的机制所形成的宇宙弦，可以说是一个极高密度的能量线，它非常细，直径仅为10-2厘米（相当于氢原子核半径的10倍），它又是异常地重，密度为每立方厘米10吨。宇宙弦形成之后，会发生一系列的“重联”（每条弦的两端相互连接起来，或是与其它弦的两端相联）而演变成大小不同的环状弦或横贯宇宙的长弦。
  由于这种弦的密度极大，因此引力极强。一段具有两个端点的有限（短）弦，会很快地收缩形成一个点而消失。因此，存在于宇宙中的弦只有两种：一是横贯宇宙无限长的直弦，另一种是各种大小的环形弦。 
根据计算，大约有20％的宇宙弦是圆圈形的，其它的弦横越整个宇宙。
  无限长的宇宙弦并不是直的，而是弯弯曲曲的。全部弦的集合构成了布满空间的网。虽然弦的质量很大，但是弯弯曲曲的弦却是极度绷紧的，其张力更大，使它们以接近光速的速度振动，并时而互相碰撞。 
在由环形弦和无限长弦构成的宇宙弦网中，只有环形弦才能吸引周围的物质形成各种天体结构，而无限长的弦却不吸引物质。
  整个宇宙弦网是按照“自我复制”的方式演化的。这就是说，宇宙在发展过程中，整个结构并不发生变化，只是在宇宙的膨胀中被放大。如果在两个不同时候给宇宙弦照像，然后再把前一张照片按某种比率放大，两张照片将是非常相象的。 
现在宇宙真的是由这些极微细网状结构形成的吗，有什么证据吗？ 
直接观察宇宙弦恐怕是极端困难的，因为环形弦在产生星系的过程中已经由于引力的辐射而衰变了，长形的弦是否较多地存在于宇宙中还不得而知，况且这种极微细的结构又不发出可见光和任何电磁辐射。
  这一切都使得对宇宙弦的观测充满了困难。产生宇宙弦的高难条件，也使得人们几乎不可能在实验室中将它模拟制造出来。但即便这样，还是可以通过其它的方法来发现是否真的存在宇宙弦这种神奇的结构。 
四、对宇宙结构的理论解释 
不论宇宙弦是否存在，用它对宇宙结构进行阐述却很圆满。
  包括物理学家、天文学家极为头痛的新发现的各种复杂的天体结构，似乎都可以一下子解释清楚。恐怕这也是物理学家对宇宙弦报以极高热情的原因之一。 
宇宙弦诞生于大爆炸时刻的高温相变。在宇宙大爆炸初期，由于压力太大，物质还不能有所聚集。大爆炸后的第一万年，宇宙还是由宇宙弦网以及均匀分布的辐射和物质构成其格局，环形弦还不足以把物质吸引到它周围。
  但是，在一万年后，压力急剧下降，物质也开始聚集，此时宇宙弦的能量比刚形成时少了，这是由于辐射引力波而失去一些能量，但是弦的密度比其它物质下降要慢得多。 
宇宙弦圈吸集物质的质量与它本身的质量成正比，因此较小的弦圈吸集相对较少的物质；较大的弦圈不仅吸集更多的物质，而且将较小的弦圈也吸集到它周围。
  这样，较小的弦圈形成星系，较大的弦圈就形成星系团，甚至更大尺度的集团结构。 
这样以宇宙弦为基础的宇宙模型，就能预言星系和星系团的数量和结构。宇宙弦是在大爆炸的高温相变的一瞬间形成的，宇宙弦网的布局结构应该在宇宙天体的各种结构中得到反映。用它也就很容易地解释了空洞、星系链和片状结构等，而这些都是大爆炸宇宙模型难于解释的问题。
   
五、探测宇宙弦 
宇宙弦是以引力辐射的形式失去大部分能量的，因而它产生的引力波应该能被观察到。可是至今这种引力波的效应确实没有被测到过（尽管天文学家相信这是由于目前的观察技术不足）。另外，宇宙弦应该能引起2。7K宇宙背景辐射的微小突变，这种突变目前也未被观测到。
   
但是也有宇宙弦存在的证据。由于宇宙弦能使光线发生偏转、因此在宇宙弦后面的类星体会呈现双影像。如果光线偏转是由点状引力源引起的，那么造成的“多像”会是奇数；如果是由宇宙弦引起的，那么就会观察到双像。1987年，两个美国天文学家已经观察到了4个成双像的类星体，这也许是人类第一次观测到了宇宙弦。
   
最近，澳大利亚天文学家声称得到了宇宙弦存在的明确证据。他们观测到一种质量巨大的引力体，使银河系及其邻近的星系以每秒1000公里的速度向其集中。研究证明，这种巨大引力体的形状不是球形的，而是长达240万光年的长圆柱体。他们推断说，这种引力体是一个巨大的宇宙弦环。
   
要最终解开宇宙弦这个谜，恐怕还需要很长时间。 。