为什么说引力波可以观测到宇宙诞生的那一刻？
宇宙诞生那一刻，就像一个婴儿呱呱坠地，带来了前所未有的震动，而引力波，正是记录下这最初震动的“第一声啼哭”。
想象一下，我们的宇宙并非在一瞬间就变成了如今这般模样。在最最开头的极短时间里，它经历了一个叫做“暴胀”的剧烈膨胀过程。你可以把它理解成一个橡皮筋，在极短时间内被疯狂地拉伸，这种极速的膨胀，就像给宇宙施加了一股巨大的力量，而这种力量的释放，不可避免地会产生涟漪，这些涟漪就是引力波。
我们之所以说引力波能“观测到宇宙诞生的那一刻”，主要有以下几个原因，而且这些原因与我们目前能探测到的引力波信号息息相关：
1. 引力波的性质：无处不在，不受阻碍
你知道光是什么吗？它是电磁波，就像我们看到的各种颜色一样。宇宙中充斥着光，但光在穿过尘埃、气体甚至等离子体时，会被散射、吸收，就像浓雾会阻碍我们看清远方的景象一样。
引力波可不一样。它是由质量的加速运动产生的，是一种时空的涟漪。它几乎不与物质发生相互作用，就像一个幽灵一样穿梭于宇宙的每一个角落，不受任何物质的阻碍。这意味着，从宇宙诞生那一刻产生的引力波，并没有在漫长的旅途中被“蒙蔽”或“吸收”。它们就像一条直线，直接从宇宙的黎明时分传递到现在。
而我们能够观测到的其他信号，比如宇宙微波背景辐射（CMB），虽然也很古老，但它记录的是宇宙“变得透明”的那一刻，大约在大爆炸后38万年。在那之前，宇宙是个炽热致密的等离子体海洋，光无法自由传播。所以，CMB已经是我们能看到的“最早的光”。引力波则可以“看到”更早的时刻，甚至比CMB还要早很多。
2. 暴胀理论与引力波的直接关联
现代宇宙学中，有一个非常重要的理论叫做“宇宙暴胀理论”。这个理论解释了宇宙为何如此平坦、均匀，以及为何存在我们今天看到的宇宙大尺度结构。而这个理论的核心预言，就是：在宇宙暴胀期间，会产生引力波。
而且，根据暴胀理论的计算，那时候产生的引力波的能量会非常巨大，虽然经过几十亿年的膨胀，这些引力波的强度已经变得非常微弱，但它们仍然携带着宇宙诞生初期的信息。
想象一下，一个婴儿出生时留下的指纹。引力波就像宇宙初生时的指纹，直接记录了当时宇宙的物理状态和膨胀的动力学过程。通过探测这些引力波，我们就能了解到暴胀究竟是如何发生的，它的能量有多大，它的持续时间有多长。
3. 探测技术的突破：听见“宇宙的第一个音符”
直到最近几年，我们才真正具备了探测到这些极其微弱的引力波的能力。像LIGO（激光干涉引力波天文台）和Virgo这样的探测器，它们的灵敏度达到了前所未有的水平。它们能够探测到由黑洞合并、中子星合并等剧烈宇宙事件产生的引力波，这些事件就像宇宙中的“巨响”。
而科学家们正在努力的，是设计更先进的探测器，比如未来可能部署在太空中的引力波探测器（如LISA），它们将有能力探测到比LIGO/Virgo更低频率的引力波，而这些低频引力波，正是与宇宙早期暴胀时期产生的引力波相匹配的。
如果未来我们能够成功探测到源自暴胀时期的引力波，那将是人类观测宇宙的“圣杯”之一。我们将能够直接“听到”宇宙诞生的那一刻的“声音”，看到宇宙从一个极小的奇点，在一瞬间急剧膨胀的宏伟景象。
具体来说，如果我们探测到源自暴胀时期的引力波，我们可以了解什么？
暴胀的证据： 证明宇宙真的经历过如此快速的膨胀。
暴胀机制： 了解驱动暴胀的“暴胀子场”的性质和能量标度。
宇宙的初始条件： 揭示宇宙在最早期，能量和动量是如何分布的，这将直接影响到我们今天看到的宇宙结构。
基本物理定律的检验： 极端条件下的物理定律，比如量子引力理论，可能会在引力波的观测中留下痕迹。
所以，虽然我们现在还没有直接探测到“宇宙诞生那一刻”的引力波信号（通常我们能探测到的是近期宇宙事件产生的），但引力波的探测技术正在飞速发展，理论预言也指向了引力波携带了宇宙最早期信息。一旦我们能够捕捉到来自宇宙黎明时的那声震动，那将是理解我们宇宙起源的革命性突破，就像是看到了蒙娜丽莎的微笑背后的秘密一样，是直接的、无可辩驳的证据。
想象一下，我们的宇宙并非在一瞬间就变成了如今这般模样。在最最开头的极短时间里，它经历了一个叫做“暴胀”的剧烈膨胀过程。你可以把它理解成一个橡皮筋，在极短时间内被疯狂地拉伸，这种极速的膨胀，就像给宇宙施加了一股巨大的力量，而这种力量的释放，不可避免地会产生涟漪，这些涟漪就是引力波。
我们之所以说引力波能“观测到宇宙诞生的那一刻”，主要有以下几个原因，而且这些原因与我们目前能探测到的引力波信号息息相关：
1. 引力波的性质：无处不在，不受阻碍
你知道光是什么吗？它是电磁波，就像我们看到的各种颜色一样。宇宙中充斥着光，但光在穿过尘埃、气体甚至等离子体时，会被散射、吸收，就像浓雾会阻碍我们看清远方的景象一样。
引力波可不一样。它是由质量的加速运动产生的，是一种时空的涟漪。它几乎不与物质发生相互作用，就像一个幽灵一样穿梭于宇宙的每一个角落，不受任何物质的阻碍。这意味着，从宇宙诞生那一刻产生的引力波，并没有在漫长的旅途中被“蒙蔽”或“吸收”。它们就像一条直线，直接从宇宙的黎明时分传递到现在。
而我们能够观测到的其他信号，比如宇宙微波背景辐射（CMB），虽然也很古老，但它记录的是宇宙“变得透明”的那一刻，大约在大爆炸后38万年。在那之前，宇宙是个炽热致密的等离子体海洋，光无法自由传播。所以，CMB已经是我们能看到的“最早的光”。引力波则可以“看到”更早的时刻，甚至比CMB还要早很多。
2. 暴胀理论与引力波的直接关联
现代宇宙学中，有一个非常重要的理论叫做“宇宙暴胀理论”。这个理论解释了宇宙为何如此平坦、均匀，以及为何存在我们今天看到的宇宙大尺度结构。而这个理论的核心预言，就是：在宇宙暴胀期间，会产生引力波。
而且，根据暴胀理论的计算，那时候产生的引力波的能量会非常巨大，虽然经过几十亿年的膨胀，这些引力波的强度已经变得非常微弱，但它们仍然携带着宇宙诞生初期的信息。
想象一下，一个婴儿出生时留下的指纹。引力波就像宇宙初生时的指纹，直接记录了当时宇宙的物理状态和膨胀的动力学过程。通过探测这些引力波，我们就能了解到暴胀究竟是如何发生的，它的能量有多大，它的持续时间有多长。
3. 探测技术的突破：听见“宇宙的第一个音符”
直到最近几年，我们才真正具备了探测到这些极其微弱的引力波的能力。像LIGO（激光干涉引力波天文台）和Virgo这样的探测器，它们的灵敏度达到了前所未有的水平。它们能够探测到由黑洞合并、中子星合并等剧烈宇宙事件产生的引力波，这些事件就像宇宙中的“巨响”。
而科学家们正在努力的，是设计更先进的探测器，比如未来可能部署在太空中的引力波探测器（如LISA），它们将有能力探测到比LIGO/Virgo更低频率的引力波，而这些低频引力波，正是与宇宙早期暴胀时期产生的引力波相匹配的。
如果未来我们能够成功探测到源自暴胀时期的引力波，那将是人类观测宇宙的“圣杯”之一。我们将能够直接“听到”宇宙诞生的那一刻的“声音”，看到宇宙从一个极小的奇点，在一瞬间急剧膨胀的宏伟景象。
具体来说，如果我们探测到源自暴胀时期的引力波，我们可以了解什么？
暴胀的证据： 证明宇宙真的经历过如此快速的膨胀。
暴胀机制： 了解驱动暴胀的“暴胀子场”的性质和能量标度。
宇宙的初始条件： 揭示宇宙在最早期，能量和动量是如何分布的，这将直接影响到我们今天看到的宇宙结构。
基本物理定律的检验： 极端条件下的物理定律，比如量子引力理论，可能会在引力波的观测中留下痕迹。
所以，虽然我们现在还没有直接探测到“宇宙诞生那一刻”的引力波信号（通常我们能探测到的是近期宇宙事件产生的），但引力波的探测技术正在飞速发展，理论预言也指向了引力波携带了宇宙最早期信息。一旦我们能够捕捉到来自宇宙黎明时的那声震动，那将是理解我们宇宙起源的革命性突破，就像是看到了蒙娜丽莎的微笑背后的秘密一样，是直接的、无可辩驳的证据。
网友意见
那是不对的。假定“宇宙诞生的那一刻”存在，那时发出的引力波也会被稠密的物质吸收掉。现在有办法间接观测的原初引力波追溯不到那一刻，只是比电磁波更能追溯。
按照目前的理论，宇宙微波背景辐射所含的最古老光子在暴涨结束后约 38 万年的光子退耦[1]时射出。在那之前的宇宙到处都是能吸收光子的粒子、对光子不透明，让我们观测不到更古老的光子。
相比之下，原初引力波目前可以追溯到暴胀时期，真空量子涨落（虚引力子的运动）被拉伸为空间的不均匀性，在光子退耦后与光子相互作用，引起 B 模式偏振。直接观测这些引力波是超过现有水平的，它们的波长与可观测宇宙的尺寸可比。
现有的原初引力波研究，主要分析原初引力波在宇宙微波背景辐射中留下的线状 B 模式偏振，观测手段是基于电磁波的射电天文学。以现有技术，全球只有 4 个地点适合进行这种观测：智利阿塔卡玛沙漠，南极，格陵兰岛，我国西藏阿里。
观测起源时期介于原初引力波和宇宙微波背景辐射之间的宇宙中微子背景辐射的活动也在推进中。
参考
- ^ https://www.sciencedirect.com/topics/physics-and-astronomy/photon-decoupling
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