微弱的引力波可能來自時空的原始裂縫 _引力波

微弱的引力波可能來自時空的原始裂縫(Image credit: Victor de Schwanberg/Science Photo Library / Getty Images)
據美國太空網（By Paul Sutter）：早期宇宙可能是一個如此暴力的地方，以至于時空本身就像一塊玻璃一樣碎裂了。這些裂縫會釋放出大量的引力波，一組天文學家發現我們可能已經在時空結構中探測到這些波紋。
該團隊最近在提交給《計算天體物理學雜志》發表的一篇論文中報告了他們的結果，并發表在arXiv.org上(在新標簽中打開)，他們聲稱他們已經看到了早期宇宙中所謂的疇壁的證據。
當我們的宇宙異常年輕時，它也異常奇特。自然界的四種力量結合成一種單一的、統一的力量。我們不知道那種力看起來像什么，也不知道它是如何運作的，但我們知道隨著宇宙的冷卻和膨脹，那種統一的力分裂成了我們今天所熟悉的四種力。首先是引力，然后是強核力分裂，最后是電磁力和弱核力相互分離。
隨著每一次分裂，宇宙完全重塑了自己。新粒子的出現取代了以前只能在極端條件下存在的粒子。時空的基本量子場決定了粒子和力如何相互作用，并重新配置了它們自己。我們不知道這些相變發生得有多順利或大致如何，但完全有可能隨著每一次分裂，宇宙立刻變成多重身份。
這種斷裂并不像聽起來那么奇特。各種相變都會發生，比如水變成冰。不同的水可以形成不同方向的冰分子。不管怎樣，所有的水都變成了冰，但是不同的區域會有不同的分子排列。在這些領域遇到墻壁，或缺陷，斷裂將出現。
探索內臟
物理學家對我們宇宙中所謂的GUT相變特別感興趣。GUT是“大統一理論”的縮寫，這是一種假設的物理模型，將強核力與電磁力和弱核力融合在一起。這些理論超出了目前實驗的范圍，因此物理學家和天文學家轉向早期宇宙的條件來研究這一重要的轉變。
發生在宇宙剛誕生不到一秒鐘時的GUT相變，很可能留下了疇壁，即不同時空結構之間的邊界網絡。然而，這些缺陷不會持續很久。如果它們持續幾秒鐘，甚至幾分鐘，它們的強烈能量就會擾亂核合成過程，從而產生宇宙中所有的原始氫和氦，或者扭曲我們對宇宙微波背景(CMB)的圖像，即大爆炸遺留的輻射。
因此，這組相互連接的疇壁必須衰變為其他粒子——要么是普通粒子，如電子或夸克，要么是更奇特的粒子，如某種形式的暗物質。無論哪種方式，衰變過程，加上疇壁本身的波動運動，都會釋放出大量的引力波，這些引力波可能會持續到今天的宇宙。

這張圖展示了基于大爆炸理論和膨脹模型的宇宙時間線。(Image credit: NASA/WMAP)
調查領域
那些引力波會非常微弱，用現有的地面引力波設備是不可能探測到的。但十多年來，世界各地的幾個天文學家小組一直在尋找脈沖星來繪制宇宙中晃動的引力波。
脈沖星是極其精確的計時物體，能夠將它們的節奏保持在不到百萬分之一秒的水平。然而，如果引力波穿過我們和一組脈沖星之間，那將微妙地影響脈動的周期。通過長時間研究大量脈沖星，我們有望發現引力波背景泡沫的信號。
這些脈沖星計時陣列，像NANOGrav實驗和歐洲脈沖星計時陣列，已經發現了信號的跡象。大多數天文學家認為，這個信號是由于數十億年來數百萬個超大質量黑洞相互碰撞的共同作用。
但是新的研究呈現了一幅不同的畫面。該團隊認為，該信號也可以用早期宇宙中疇壁的衰減來解釋。他們的模型允許疇壁衰減足夠快，不會違反其他觀測結果，如CMB，同時仍然提供足夠強的信號來解釋脈沖星計時陣列數據。
因為數據中的信號非常微弱，并且沒有被證實來自任何特定的來源，所以這種激進的提議是有空間的。該團隊認為，未來的脈沖星計時測量應該能夠將他們的衰退疇壁模型與碰撞超大質量黑洞的傳統圖片區分開來。此外，如果他們的模型是準確的，疇壁應該衰變為正常或外來粒子。無論哪種方式，這應該可以通過未來更靈敏的CMB測量來檢測。
如果結果成立，這將是物理學的一個重大勝利:我們第一次發現了腸道相變的具體證據，并開始了對物理學的新理解。

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