在遥远的古代，人类就试图弄清恒星在空间的分布方式。以现代观测手段为基础的宇宙学理论已能解释宇宙的演变过程，所谓宇宙“大爆炸”模型就是一个非常成功的理论。该理论认为所有物质和能量曾集中在一个时一空点内，随后才膨胀成今天这个样子。大爆炸模型对于为什么其它星系正在远离我们提出了解释，该模型还预言整个宇宙充满了一个低温微波辐射，这一辐射就是大爆炸的遗迹。1964年这种辐射的被直接观察到，是大爆炸模型的第一次重大成功。这一成功以及后来的一些发现，使我们有足够的把握将宇宙的历史追溯到150亿年前，即其诞生时的第一秒钟内。
大爆炸宇宙模型所没能回答的一个问题是：宇宙物质为什么是呈“团块”状分布，这些块是怎么来的？按照大爆炸模型，整个宇宙应是均匀的。从极大尺度上看，宇宙似乎是各向同性的，即它从任一个方向看来都是相同的。然而，从较小的尺度上看，宇宙却呈现出多种结构。大多数恒星都存在于滴；为星系的闭块中，每个星系包含上千亿个恒星。大多数星系又存在于由数十个，数百个甚至数千个星系构成的称为星系团的“团块”中。由于近来的技术进步，研究人员可以观测到更大尺度的宇宙结构。新的观测揭示了宇宙中一些引人注目的，未曾预料到的结构，如宇宙中巨大的空洞（voids）和星系链（filaments），某些星系分布的“片”状结构也是显而易见的。直到最近一段时间以前，宇宙学家们还对这些结构在宇宙初期是如何形成的一无所知。有人推测我们今天看到的宇宙结构可能起始于宇宙初始物质 - 能量分布的波动。但这种波动的起因却一直是个谜。
将基本粒子物理学的最新理论应用于大爆炸模型，使我们得出了许多新的论点。其中对宇宙结构提出了比较合理的解释的是宇宙弦理论。为说明什么是宇宙弦以及它们是如何将宇宙塑造成今天这个样子的，我们需要看看在大爆炸刚发生后物质与能量是如何表现的。
今天，我们观察到所有方向上的星系都在远离我们。宇宙学家将宇宙描绘成一个不断胀大的气球的表面。当然，真实的空间不是像球面那样是二维的，而是三维的，宇宙在任一方向上都在扩张，所有物质粒子都在互相远离。通过观察宇宙的扩张，我们可以向相反方向以时间上追溯宇宙的演化过程。宇宙的最初状态极其令人费解，整个宇宙的所有物质粒子都相聚在同一个时 – 空点内，宇宙学家将这一时刻确定为t,0，即发生大爆炸的时间。
从时间上追溯宇宙的历史，必须了解在极高温度与密度下，自然界的四种基本力是如何控制物质的表现形式的。如果我们将宇宙的历史追溯到大爆炸后的一百年内，当时宇宙的温度比现在高得多，所有物质都是原子核和电子构成的热等离子体，距大爆炸的时间越近，宇宙的温度越高，在大爆炸后的30分钟内，光子（电磁辐射粒子）达到的温度足以产生一对对的电子及其反粒子 ：正电子。
大爆炸后的第三分钟，光微子的温度高到足以将原子核分裂成质子和中子。在大爆炸后的第一秒钟，中微子通过弱力频繁地相互作用。在大爆炸后的第一百分之一秒，辐射的温度高到足以将质子和中子分裂成构成它们的夸克，夸克是通过强力相互作用的。
在此之前宇宙是个什么状态呢？这里，我们需要在远比地球上所能达到的温度高得多的温度和密度下的物理理论。物理学家们已提出了好几种这种高能状态下的物理理论：这些理论都将对称性概念作为一个指导原则，这些理论统称为大统一论（GUTS）。
所有大统一论都是基于这样一个设想，在大爆炸后最初阶段的极高能量状态下，四种基本力之间没有区别，只存在一个统一场，在太爆炸时，这种对称性被破坏，能量转换成质子和中子这样的物质粒子。此时，即大爆炸后的第10-35秒，统一场被卷入极细极重的“宇宙弦”中，这些长形的缺陷包含着大爆炸后的高能残余宇宙弦的存在是高度推测性的，人类几乎不可能在实验室创造如此高的温度，以产生一个宇宙弦。尽管如此，许多统一理论（包括超弦理论，超弦不是宇宙弦）仍然预言宇宙充满着弦构成的网，弦是在大爆炸时对称性的分裂产生的。
这些“宇宙弦”非常重（重量达每立方厘米10吨）而且非常细（氢原子核半径的10倍）。它们都有极强的引力场，伦敦皇家学院的T · 基伯尔（Toni Kibble），苏联科学院的泽尔多维奇（Yokov Zeldovich）以及美国图弗特大学的A. 维伦金认为，宇宙弦网可对宇宙物质的“团块”状分布作出解释。一根弦能通过其引力吸集周围的物质，一个宇宙弦圈可在其周围形成星系，较大的弦圈可形成星系团。
物理学家们之所以热衷于宇宙弦，是由于物理学家能通过它推断当前的宇宙结构是怎样演变的。弦理论使得物理学家能用精确的物理过程解释宇宙的大尺度结构，并提出能够验证的精确预言。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。
大约百分之二十的宇宙弦是圆圈形的，其它弦横越整个宇宙，因而称为无限长的弦。无限长的弦并不是直的，而是弯弯曲曲的，全部弦的集合构成了布满空间的网。虽然弦的质量极大，弦内的张力使它们以接近光速的速度震动，并时而互相碰撞。随着宇宙的膨胀，科学家们已用计算机计算出宇宙弦网会出现什么情况。如果两根弦正好互相穿越，那么弦将成为宇宙中物质 - 能量的最主要存在形式。这是因为，随着宇宙的膨胀，弦的密度将比其它物质稀薄得慢得多。
但是，弦会通过辐射引力波而失去能量，这一效应将最终使圈形弦逐渐缩小，直至最后只剩下辐射。由于宇宙弦的能量不断转换成辐射，因而阻止了弦成为宇宙中最主要的物质存在形式。以哈勃长度为特征的宇宙膨胀对宇宙弦的演化有强大影响，哈勃长度即是自大爆炸以来光所走过的长度。现在，哈勃长度大约是1028厘米，这即大约是可观察到的宇宙的长度。
尽管宇宙弦因辐射而不断失去其能量，它仍能保持其总能量的一小部分（约百分之0.001）。宇宙弦网是以“自我相符”（self-similar）的方式演化的。以哈勃长度表示宇宙弦网的大小，如果在两个不同时候给宇宙弦照相，然后按哈勃长度的比率将第一张照片放大，从其统计性质上看，两张照片将是非常相像的。
这种“自我相符”方式的演化对我们进行计算是非常有利的。宇宙弦是在大爆炸后的极短时间内（约10-36秒后）产生的，为研究它们对宇宙结构的形成所起的作用，我们需要计算出它们从产生起直至现在的演化过程。这种计算是当前的计算技术无法完成的。然而，如果我们计算出宇宙弦网在达到“自我相符”状态前发生的变化，我们就可按照哈勃长度（其演化是很容易计算的）简单地推断出宇宙弦至今的演化过程。
在大爆炸后的第一万年，宇宙是一个由宇宙弦以及均匀分布的辐射与物质构成的网，当时由于压力太大，环形弦的引力还不足以将物质吸集到其周围。但是，在一万年后，压力急剧下降，物质开始聚集。宇宙弦圈吸集的物质质量与其自身的质量成正比，因此，较小的弦圈吸集相对较少的物质，大的弦圈不仅吸集更多的物质，而且将较小的弦圈吸集到其周围。这样，较小的弦圈形成星系，较大的环形弦则形成星系团。
以宇宙弦为基础的宇宙模型不仅应该预言星系和星系团的总数量，这些天体的分布情况也应该是宇宙弦网在空间分布的反映。星系团在这方面可作为一个更清楚的证据，因为，自它们形成以来，由于相距遥远，它们互相间的引力不足以将它们移动太大的距离。
宇宙弦比其它理论模型更好地解释了我们今天所观察到的空洞、星系链和片状结构6宇宙弦的最引人注目之处是它可能被直接观察到。直接观察宇宙弦将是非常困难的，因它不发出可见光和任何电磁辐射，而且，产生星系的弦圈已经由于引力辐射而衰变。
长形宇宙弦使光线发生偏转的现象向人们提供了—个线索。宇宙弦由于强大的引力场而会对经过的光线产生影响（见《New Scientist》1987年3月19日第46页）。在宇宙弦后面的类星体会呈现双影像，两个影像之间的视差还不到千分之一度。如果光线的偏转是由一个点状引力场引起的，则引起的多影像会是奇数，而不是双像。因此，观察到一系列的类星体双像是一条宇宙弦存在的明确证据。最近，两个美国天文学家观察到了4个成双像的类星体，这4个类星体恰好形成—个“圈”。这一观察结果是初步的，但也许是人类第一次观测到宇宙弦。
由于宇宙弦以引力辐射的形式失去其大部分能量，由此产生的引力波效应应该能被观察到，我们已经计算出了宇宙弦产生的引力辐射的波谱，但目前的观测技术尚不能接收到这一波谱的辐射。目前仍在计划中的探测器，如空间激光干涉仪，将能获得可靠的资料。从引力辐射的频率，就可判断它是否是由宇宙弦发出的。美国亚利桑那州斯特华天文台的G · 哈根（Graig Hogan）和剑桥大学的M · 里斯（Martain Rees）也指出，来自宇宙弦的引力辐射在毫秒脉冲星的频率中会出现偏差（脉冲星是以极为规则的间隙发出辐射脉冲的恒星），天文学家只要对毫秒脉冲星监测10年左右，就可发现这种偏差。
宇宙背景微波辐射温度的涨落也能显示宇宙弦的存在。宇宙背景微波辐射温度的涨落幅度仅为万分之一，如果我们可测量背景辐射温度十万分之一范围内的涨落，我们就能明确证实宇宙弦的存在。
[New Scientist，1987年4月16日]