宇宙引力波背景信号可能来自时空中的原初信号

宇宙引力波背景信号可能来自时空的原始裂缝。

这是韦伯太空望远镜在 1 月初拍摄的一系列深空星系图像中的一帧。 （图文内容无关）-Web//Casey///RIT/UT/

近年来，一些利用脉冲星进行精确计时的探测装置发现，宇宙时空背景中可能存在神秘的引力波信号。 该信号可能是数十亿年来宇宙中数百万个超大质量黑洞合并产生的引力波交织而成。

但最近有科学家提出，这种微弱的背景引力波实际上是早期宇宙相变时空的“爆裂声”。

所谓时空碎裂是一个比喻，实际上是指早期宇宙相变过程中产生的“畴壁”衰变为粒子时产生的引力波。

极早期宇宙的性质很奇怪。 我们今天所知道的四种基本力——引力、强相互作用、电磁力和弱相互作用——在那时是结合在一起的。 随着宇宙的膨胀和冷却，它们一一分化。

随着四种基本力的分化，宇宙的面貌也发生了彻底的变化——只能存在于极端环境中的旧粒子消失，新粒子出现。 决定粒子和场如何运作的时空基本量子场开始自我重组。

这种剧烈的变化也称为相变。 为了便于理解，我们可以把它想象成水变成冰或者冰变成水的过程。

而在这个变化的过程中，时空不同部分的变换细节可能会有所不同。 就像水变成冰的过程一样，水的不同部分在变成冰后会有不同的分子排列。 尽管最终所有的水都会变成冰，但由于冰的不同部分具有不同的分子排列，不同部分之间会形成缺陷，使冰更容易破碎。

科学家们对时空的相变以及沿途出现的“缺陷”很感兴趣。 相变发生在宇宙诞生后的极短时间内，整个过程可能连零点几秒都不到。 而就在这时，时空出现了很多的裂痕，它们是不同构成方式的时空之间的边界，这种边界就是所谓的“畴壁”破碎时空奇迹，它们组成了一个巨大的网络，延伸到宇宙中的每一个角落

“域墙”的存在时间很短。 如果它们能存在几秒甚至几分钟，它们所拥有的巨大能量可以终止宇宙中所有原始氢和氦的核合成过程； 或引起大爆炸的余辉——宇宙微波背景辐射的扭曲。

所以理论上，这种“畴壁”网络会衰变成粒子。 这些粒子的范围从普通粒子（例如电子或夸克）到奇异粒子（例如某种“暗物质”粒子）。 而这个衰变过程，连同“畴壁”网络本身的波动，会产生一个持续存在直到今天的引力波背景。

这种引力波背景信号极其微弱，LIGO 等地基引力波探测器无法探测到它。 但近年来，天文学家开始利用脉冲星探测引力波。 脉冲星的脉冲间隔极其精确，在百万分之一秒以内。 因此当引力波在脉冲星和我们之间穿行时，我们可以探测到脉冲间隔的细微变化，进而探测到穿越宇宙的引力波背景。

事实上，现有的脉冲星计时探测器已经探测到了宇宙引力波背景的踪迹。 主流科学家认为，这样的引力波信号是宇宙中大量超大质量黑洞并合产生的引力波的混合体。 但也有科学家认为破碎时空奇迹，“畴壁”网络的衰变也可以解释引力波背景。

这些科学家提供了一个模型。 根据这个模型，“畴壁”网络的衰减可以在足够快的时间内发生，而不会与宇宙微波背景辐射等其他天文观测相矛盾； 同时，也可以很好地解释脉冲星计时阵列获得的奇怪数据。

根据脉冲星计时阵列提供的数据，这些引力波背景信号非常微弱，无法确定其来源。 所以认为是时空破碎发出的“声音”也无可厚非。 但如果要排除其他可能，还需要等待更灵敏的探测器的出现。

参考

阵列中墙壁的波浪