“引力波同樣如此,常規的引力波由於多種情景使然,內部的資訊也很複雜,就像你之前說的那樣,它可以用標準模型解析,但也可以用廣相釋意。”
“但如果我們能找到一種時間跨度很長的引力波呢?比如說跨度早到....宇宙早期?”
黃昆頓時一怔。
接著楊振寧繼續解釋道:
“在極早期宇宙中,能量標度很高,引力的量子效應不可忽略,所以引力場和其他物質場一樣會有量子擾動。”
“也就是說當時的引力就是量子態的——當然了,由於引力波是經典效應不是量子效應,所以引力場的這種量子擾動還不能看作是引力波,它只能算是引力波的‘種子’。”
“後來這粒種子隨著宇宙暴脹而生長放大,波長被拉長至遠大於當時宇宙視界的尺度,它就被經典化,成為了充斥著全宇宙的引力波。”
“而這第一批誕生的引力波,便是原初引力波。”
“一旦我們能夠捕捉到原初引力波,那麼就可以去逆推極早期宇宙的物理資訊,其中便包括了可能存在的引力子。”
楊振寧說完,下意識便與李政道對視了一眼。
他從李政道說出量子系統方程的時候,便知道自己的這位老對頭同樣想到了原初引力波。
眾所周知。
從宇宙學擾動理論出發,可以推匯出引力場度規張量擾動h的方程:
d\/dt=ag00c2dt2+ag0jdx0dxj+h+k^2h+gijdxidxj
其中a是宇宙的尺度因子,k是擾動的動量模式,≡d\/dt是對共形時間的導數。
接著透過重定義,可以將其轉化為一個變頻諧振子方程:
aahμν+aμνh+a′+bημνaβhaβ+b′ημνaah=ktμν
沒錯。
想必聰明的同學已經看出來了。
從這個方程不難看出,如果宇宙是在暴脹的,即a~1\/t,那麼方程將有如下形式的解:
aah+2aβhaβ=kt
可以看到解的虛部正比於宇宙的尺度a,換回最初定義的擾動h,由於擾動h的能量密度虛部p~|虛部|2\/a2,且總能量e~pa3。
可知引力波的總量會隨暴脹期間宇宙尺度a的急劇增大而快速增多,這就是原初引力波產生的方式。
或許是想讓黃昆能夠更好理解自己的想法,楊振寧很快又解釋道:
“極早期宇宙的物理資訊主要是指宇宙暴脹的具體物理機制,不同的機制形成的原初引力波不盡相同,因此我們可以透過觀測原初引力波的特徵來判斷極早期宇宙的暴脹是如何發生的。”
“具體來說,原初引力波有一個引數叫做張標比r,即原初張量擾動與原初標量擾動強度之比。”
“通常不同的暴脹機制會預言不同的張標比r,只要我們將來探測到原初引力波,獲得了張標比r以及另外一個引數譜指數ns的具體數值,就可以去判斷宇宙究竟是在什麼物理機制的推動下發生暴脹的。”
“宇宙早期的物理機制一搞懂,引力子的問題自然也就迎刃而解了。”
黃昆這才若有所思的點了點頭。
原來如此......
宇宙的暴脹理論一直都是個很前沿並且很有熱度的課題,不過這玩意兒也是屬於信服度很高但長期缺乏證據的一類理論。
如果按照楊振寧所說的這個情況,再結合元強子模型的部分內容,一個迭代的邏輯推論便出現了:
在宇宙大爆炸過程中,原初引力波的產生幾乎早於其他任何能量形式,早在電弱作用融合一體、物質與輻射尚未分離的時候就已經存在。
所以原初引力波當屬這個宇宙裡閱歷最豐富,見識最廣博的角色,那些早期的經歷都已被原初引力波小心地記錄下來。
在起初數萬年密不透光的“宇宙黑暗時期”,全宇宙的樣貌數次鉅變。