【引力波发现时间】为什么说引力波的发现是划时代的?

2019-11-25 - 引力波

我们的标准宇宙学认为宇宙起源于一次大爆炸,所有的东西都在这个爆炸之后相互远离。所以哈勃在上世纪20年代发现了星系之间相互远离,远离的速度正比于距离。这个是大爆炸的后遗症。

但是这里面存在一个还没能解决的问题,就是因果关系问题。如果宇宙中的两个点需要发生作用、有了关联,那么一定是一个点作为原因,另一个点作为这个作用的结果,因果信息从一个点传递到另一个点,这个关联就建立了,这叫做因果关系。

【引力波发现时间】为什么说引力波的发现是划时代的?
【引力波发现时间】为什么说引力波的发现是划时代的?

因果关系的建立是需要时间的,这个速度最大就是光速。我们又知道,宇宙今天的年龄大约是137亿年了,那么我们就可以用137亿年乘上光速,我们就可以知道一个最大的距离,只有在这个距离以内的两个点,才来得及在宇宙诞生之后发生因果关系。超过这个距离的点来不及发生因果关系。

【引力波发现时间】为什么说引力波的发现是划时代的?
【引力波发现时间】为什么说引力波的发现是划时代的?

但是实际上却不是这样。观测发现宇宙竟然在很大的尺度上都是均匀的,每个点似乎都商量好了一样彼此保持一致,呈献给我们一个非常简单状态的宇宙,我们不需要对每个不同的方向建立不同的理论。所以我们没能解决这个因果的问题。

【引力波发现时间】为什么说引力波的发现是划时代的?
【引力波发现时间】为什么说引力波的发现是划时代的?

宇宙膨胀的早期温度很高,不同区域的温度也有差异,但是今天的宇宙非常均匀。想做到这一点需要这些点之间相互作用达到热平衡。所以有人猜测,是不是在宇宙刚刚大爆炸之后很短的时间里,就发生了一次非常奇怪的剧烈膨胀,使得空间一下子增加了好多好多。

【引力波发现时间】为什么说引力波的发现是划时代的?

理论上说的这个剧烈的膨胀在瞬间改变了很多物理性质,我们叫做暴涨,inflation。由于暴涨,我们的宇宙才会变得每个点看上去都差不多的样子。但这一直仅仅是一个预言,没有实际的观测证据。

如果这个暴涨是存在的话,会有引力波的辐射,这个辐射可以分解为两种成分,分别是类似电场的E模式和类似磁场的B模式。因为前者有梯度没有旋度,后者有旋度没有梯度。E模式很容易被现有的理论解释和观测到。但是B模式很难观测到。产生B模式有两个机制,分别是暴涨,或者引力透镜。引力透镜产生B模式已经在去年被南极天文台观测到了。那么如果还能观测到新的B模式的引力波,就意味着暴涨理论是真实存在的。

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