宇宙最初状态的秘密，藏在这些暴涨场振荡子产生的引力波中
来源:中科院半导体所发布时间:2023-06-121814浏览
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文章来源：物理研究更新
原文作者：大锅天眼
什么是暴涨、暴涨场、振荡子和引力波？首先，我们要回答一个基本问题：宇宙是怎么开始的？根据目前最广泛接受的理论，宇宙大约在137亿年前诞生于一个极小极热的奇点，然后经历了一段极快速度的膨胀，这就是所谓的暴涨。暴涨可以解决一些宇宙学中的难题，比如平坦性问题、视界问题和单调性问题。暴涨还可以产生一些微小而随机的密度扰动，这些扰动在后来形成了我们看到的星系、星团和大尺度结构。那么，什么是驱动暴涨的动力呢？物理学家认为，存在一种称为暴涨场（或者叫做标量场）的东西，它可以在空间中均匀地分布，并且具有一个潜在能量。当暴涨场处于潜能曲线的高处时，它会使得空间加速膨胀；当暴涨场滚下潜能曲线时，它会释放出能量，并且结束暴涨。这个过程就像一个滚下山坡的球一样。不同形状的潜能曲线对应于不同类型的暴涨模型，比如单调模型、对数模型和纯自然模型等。然而，并不是所有暴涨场都会平稳地滚下潜能曲线。有些暴涨场会因为量子涨落或者非线性效应而分裂成一些局域化、长寿命和质量较大的激发态，这些激发态就叫做振荡子。振荡子的形成和演化是一个非常复杂的过程，它取决于暴涨场的性质和参数。一般来说，振荡子会在暴涨结束后的辐射为主时期占据宇宙的主要能量密度，然后在某个时刻突然衰变，释放出其他粒子，比如光子、中微子和暗物质等。最后，我们要介绍一下引力波。引力波是时空本身的波动，它可以由加速运动的质量源产生。引力波可以携带关于源的信息，比如质量、速度和形状等。引力波也可以穿越任何物质，因此可以探测到一些其他方法无法观测到的天体现象，比如黑洞碰撞、中子星合并和宇宙早期的相变等。引力波的直接探测是物理学和天文学的一个重大突破，它开启了一个新的观测窗口，让我们能够更深入地了解宇宙的奥秘。暴涨场振荡子产生的引力波有什么特征？在很多暴涨模型中，暴涨场会分裂成振荡子，并且在一段时间内占据宇宙的主要能量密度。这些振荡子会在二阶扰动下产生引力波，这些引力波与之前考虑过的由振荡子形成时产生的引力波是不同的。作者发现，这些新的引力波信号有以下几个特征：引力波的幅度与振荡子占据宇宙能量密度的比例成正比，因此如果振荡子占据了很大一部分能量密度，那么引力波信号就会很强。引力波的频率与振荡子衰变时刻成反比，因此如果振荡子衰变得很晚，那么引力波信号就会很低频。引力波的频率也与暴涨场潜能曲线的形状有关，因此不同类型的暴涨模型会产生不同频率的引力波信号。暴涨场振荡子产生的引力波有什么意义？新的引力波信号可以提供关于暴涨场潜能曲线和参数的独特信息，这些信息是从宇宙微波背景辐射中无法获得的。这些新的引力波信号可以区分不同类型的暴涨模型，并且可以排除一些不符合观测数据或理论预期的模型。这些新的引力波信号可以用现有或未来的引力波探测器来观测，比如LIGO、VIRGO、LISA。转载内容仅代表作者观点
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编辑：春雪
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