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物理学家们要用引力波来“看”时间的开始

(2023-02-10 09:58:48)

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物理学家们要用引力波来“看”时间的开始

By Andrey Feldman

2023/2/10

引力波是空时织造中的涟漪。起源于早期宇宙中的波可能携带关于发生在那里的现象的重要信息。

显示随引力波向外涟漪中子星合并成黑洞的描画。(Image credit: L. Rezolla (AEI) & M. Koppitz (AEI & Zuse-Institut Berlin))

新的研究提出就在宇宙大爆炸后片刻，空时中被称为引力波的涟漪可以帮助揭示时间的黎明的秘密。物理学家说，他们能用这里地球上的核聚变反应堆了解更多关于这些原始引力波。

在一项新的研究中，物理学家用规制电磁波怎样在聚变反应器内通过等离子体运动的方程来创建引力波和物质怎样相互作用的理论模型。

大爆炸后片刻，宇宙被一个热的、超密的将强大的引力波涟漪进入宇宙的原始等离子体汤渗透。

这些古老的引力波会在整个宇宙中传播，今天应该仍然存在，如此物质和引力波在宇宙的婴儿期在彼此上有过影响在这两个中留下可观测的痕迹。从这些可观察到的痕迹中向后研究可以揭示一幅那个早期时期的更好图片。

普林斯顿等离子物理项目的研究生该研究的主要作者蒂盆加格说，“我们不能直接的看到早期宇宙，但也许我们能间接地看到它，如果我们观察来自当时的引力波已经如何影响我们今天能观察到的物质和辐射”。

一幅展示来自两颗碰撞的中子星的空时波涟漪开的描画。 (Image credit: NASA)

一个伟大引力的事情

按照爱因斯坦的广义相对论，大质量体通过形变围绕它们的空间引力上相互作用，在空时中产生以光速传播的叫引力波的涟漪。

到目前为止，物理学家们已经用激光干涉引力波天文台（LIGO）等探测器来狩猎诞生在黑洞碰撞中的引力波。这些宇宙灾难产生最强大的引力波，它们在真空中从碰撞区域旅行到地球，这意味着要描述它们，物理学家只需在空的空间中建立这些涟漪的物理模型。

然而，当时这个宇宙处于它的婴儿期，宏大量的物质移动着，产生不得不通过一个原始等离子体传播的引力波，这些等离子体会已经与波相互作用，改变它们的形状和轨迹。

为了计算这些原始等离子体会如何影响这些古老的引力波，加格和他的导师伊利亚·多丁仔细分析了爱因斯坦相对论的方程，它描述空间的几何形状怎样随物质移动传过它变化。在某些简化关于物质的物理属性的假设下，他们可以计算出引力波和物质如何相互影响。

该小组基于了他们的部分方程在电磁波在等离子体中传播上。这一过程不仅在恒星表面下发生，也在地球上的核聚变反应堆中发生。