原标题：时空结构中的涟漪——引力波来聆听宇宙大爆炸|大爆炸
来源：原理
138亿年前，发生了一件奇妙的事情：宇宙中的一切都在大**中被创造出来。一直以来，天文学家和物理学家都想知道，在宇宙诞生的最初时刻究竟发生了什么？这是困扰着众多科学家的最大谜团之一，但我们并没有一种简单的方法可以探索这个问题。
宇宙的演化。| 图片来源：NASA 这个问题之所以如此困难，是因为早期宇宙中充满了致密的等离子体，将构成光的粒子——光子困在其中，使光子只能与它们发生剧烈碰撞而无法逃脱。直到大**的约38万年后，随着宇宙的膨胀，这些等离子体的密度开始降低，光子终于获得了自由之身。这一事件被称为“复合”，它为我们带来了可通过望远镜观测到的宇宙最早“快照”——宇宙微波背景（CMB）。
普朗克卫星绘制的宇宙微波背景。| 图片来源：European Space Agency， Planck Collaboration
尽管宇宙微波背景为我们了解早期宇宙提供了大量线索，但对望远镜来说，“复合”事件就像一堵围墙，挡住了我们的视线，使我们无法直接看到更早时期宇宙中发生的事情。
幸运的是，除了光子之外，天文学家还可以用时空结构中的涟漪——引力波来”聆听“大**。近年来，由LIGO/VIRGO引力波探测器探测到的引力波为观测宇宙打开了一扇新的窗口，为我们探索最早期宇宙的秘密创造了新的可能。
然而到目前为止，天文学家探测到的所有引力波，都可被归类为天体物理学引力波（Astrophysical gravitational wave）。这类引力波是由一些在“较近时期内”发生的物理过程产生的，比如双黑洞或中子星的并合。
已发现的引力波来源包括双黑洞并合、双中子星并合、黑洞吞噬中子星。|图片来源：LIGO-Virgo / Frank Elavsky， Aaron Geller / Northwestern University
天文学家一直想要探测到另一类引力波，即可能在早期宇宙中产生的宇宙学引力波（cosmological gravitational wave）。这类引力波在产生之后可以在宇宙中自由传播，它们就像幽灵一般，能够穿过“复合”墙，从而成为研究早期宇宙的独特工具。
这两种引力波有一些不同之处。已观测到的天体物理学引力波来自天空中的某个精确方向，而宇宙学引力波则来自所有可能的方向。这使得探测宇宙学引力波变得非常困难。但是，如果天文学家能够探测到这类宇宙学引力波，则会收获到巨大的回报。
早期宇宙中有许多可能产生宇宙学引力波的现象。例如，在大**后的不到一秒内，宇宙经历了一次指数级的膨胀，即暴胀时期。在暴胀结束时发生了“预热”，能量从驱动了暴胀的未知粒子上，转移到了今天已知的粒子上。而在预热过程中，就会产生宇宙学引力波。此外，相变事件以及一些与目前未知的粒子（如轴子）有关的过程也可能产生宇宙学引力波。
预热和相变等都可以产生宇宙学引力波。
因此，宇宙学引力波可以帮助我们获取大量关于宇宙诞生之初的信息，甚至有可能带来全新的物理学发现。
就像电磁波一样，引力波也是由许多不同的物体以不同的频率所辐射出来的。目前，正在运行的以及计划中的项目（比如脉冲星计时、地基和天基干涉仪）探索的引力波频率范围在纳赫兹和千赫兹之间。然而，从实验和理论的角度看，我们非常有必要寻找更高频率的引力波，比如在兆赫兹和吉赫兹频段之间。
这注定会是一段富有挑战的旅程。就像人们在20世纪70年代开始寻找天体物理引力波时那样——在耗费了近50年的时间和20多次尝试之后，天文学家终于得到了想要的结果，证明所有的努力和耐心是值得的。
#创作团队：
编译：不二北斗
#参考来源：
https：//theconversation.com/big-bang-how-we-are-trying-to-listen-to-it-and-the-new-physics-it-could-unveil-164502
https：//arxiv.org/pdf/2011.12414.pdf
cms-> cms-> #图片来源：
封面来源：Christine Daniloff， MIT， ESA/Hubble and NASA
原标题：时空结构中的涟漪——引力波来聆听宇宙大爆炸|大爆炸
关键词：大爆炸,宇宙,黑洞,卫星,引力波,中子星
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