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重力波可展示宇宙的第一分鐘
天文學家使用不同波長的電磁波譜來探索宇宙﹐從熟悉的可見光﹑無線電波﹑紅外線到伽瑪射線。但透過電磁波譜研究宇宙會存在一個問題﹐那就是我們只能看到宇宙誕生38萬年之後的光﹐因為在宇宙形成的早期﹐空間是不透明﹐當時的宇宙中充滿了電離氣體﹐電磁輻射無法滲透。而另一種方法是使用重力波﹐天文學家認為重力波在早期宇宙中就已經存在﹐或許可以讓我們進一步探測到更久遠的年代。
重力波的概念其實很簡單﹐將空間結構想像成一片巨大的海洋﹐海洋中任何物體的移動都會引起漣漪並於水中擴散。就像海霧會限制能見度一樣﹐但漣漪仍然可以穿過﹐重力波就像是物體運動所引起的空間漣漪﹐這是愛因斯坦1916年在他的廣義相對論中預言的一個想法。如今﹐重力波不僅僅是一個理論﹐也已經被偵測到。2015年9月15日﹐LIGO-Virgo天文臺在13億光年外偵測到兩個質量分別為29和36個太陽質量的黑洞合併產生的重力波﹐此後又有超過100多次探測到重力波﹐因此重力波確實是存在的。
研究團隊相信利用重力波能夠突破電磁輻射無法滲透宇宙最初充滿電離氣體的障礙﹐進而探測到宇宙的最早時刻。在他們的論文中討論了探測重力波的三種主要策略﹕脈衝星計時陣列(pulsar timing arrays)﹑天體測量學(astrometry)和干涉法(interferometry)。這些技術大同小異﹐都是依賴重力波擾動系統元素間的空間。就干涉儀而言﹐系統光學元件之間的空間擾動揭示了重力波的存在﹔在脈衝星計時陣列中﹐已知脈衝星系統的脈衝時序的變化暴露了重力波的存在﹔而天體測量技術中﹐目標天體角速度的微小變化揭示了重力波的存在。
重力波提供了有關宇宙深處事件的寶貴訊息﹐現在看來不僅可以用來解開空間上的一些謎團﹐還可以用來解開時間上的謎團。為了使我們能夠在標準模型之外更全面地瞭解宇宙(該模型於1970年代開發﹐闡明了物質在考慮到四種基本力﹕強力﹑弱力﹑電磁力和萬有引力後的行為方式)﹐看來重力波似乎是關鍵。相關研究成果發表於《arXiv》期刊上。
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