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原初引力波是指在宇宙大爆炸早期,早到宇宙刚刚诞生约10^-36秒到10^-32秒之间,这极为短暂的一段时间里,宇宙经历了一段极为快速的暴涨期。
在这个过程之中,宇宙整体以超过光速许多倍的速度暴涨——当然,这只是空间层面的暴涨而不是物质发生了超光速运动,所以与现有理论并不违背。
在这一阶段,宇宙超光速暴涨所释放的引力波便被称之为原初引力波。
原初引力波具备特殊的意义,通过某种复杂的机制,现有理论可以将原初引力波是否存在,与引力子是否存在视为同一个问题。
也即,无需直接观测引力子,只要能确认原初引力波真的存在的话,就可以确认引力子真的存在了。
那么现在,问题就变成了,如何确认原初引力波是否真的存在?
幸运的是,这个问题是可以通过观测来解决的,只不过较为困难。
因为原初引力波的波长太长了,频率太低了。它的波长甚至长到与可观测宇宙等价的地步,也即,波长高达数百亿光年。
早在一级文明阶段,人类就已经确认了引力波的存在,并真正探测到了引力波。
但被早期人类探测到的引力波,能量极高,频率极高,波长极短,通常都是一些黑洞合并、黑洞吞噬中子星、中子星碰撞一类激烈的物理过程。
就比如曾经被探测到过的双黑洞合并事件。
在距离太阳系约13亿光年的地方,一颗质量为36倍太阳质量的黑洞,和一颗约为太阳29倍质量的黑洞,疯狂的相互围绕着旋转,并最终合并成为了一颗大黑洞。
简单计算的话,这颗合并后的大黑洞,质量应为合并之前两颗小黑洞的质量之和,也即65倍太阳质量。
但最终合并之后的结果,却是仅有约62倍太阳质量。
少的那约3倍太阳质量去了哪儿?
答案是以引力波的形式辐射向了全宇宙。
在这一刹那之中,两颗黑洞合并的引力波辐射功率高达3.6*10^49瓦,其瞬时功率甚至于超过了整个可观测宇宙所有可见光辐射功率的10倍。
如此激烈的引力波辐射事件,其引力波的频率约为250hz,也即一秒钟震动250次。
引力波的传递速度为光速,由此可得此次引力波辐射的波长约为1200公里。
当初用于探测此次引力波辐射事件的ligo探测器,因为此次引力波而观测到了不足一颗质子直径万分之一的长度变化,由此确认了此次引力波的存在。
而,波长已经短到仅有1200公里的引力波就已经如此难以探测,那么,原初引力波这种波长与整个可观测宇宙等价,也即约960亿光年的引力波,又该如何观测?
面对这种引力波,已经发展到三级文明巅峰,已经拥有众多引力波探测手段的人类,硬要去探测也是做不到的。
现阶段的人类,已经在星系之中建造了间隔数千万公里的激光基地。
对于引力波探测器来说,可以简单认为,探测器的臂长越长,探测精度越高。
而建造在星际太空之中,相互间隔数千万公里的激光引力波探测器,等价于臂长高达数千万公里——作为对比,当初探测到黑洞合并引力波的探测器的臂长是4公里——都无法探测到原初引力波。
而,人类还有探测精度更高的引力波探测手段,脉冲星计时阵列探测器。
脉冲星是中子星的一种。它具备极为强烈的辐射,且自转极为稳定。
高速旋转的脉冲星所发射出的电磁波,会像是灯塔的灯光一般,以固定的频率扫过地球。
人们便将脉冲星视作激光阵列干涉仪的激光基地,以此来探测引力波的存在。
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