引力波通常被研究為在原本平靜的時(shí)空中傳播的微弱擾動(dòng)，但當(dāng)考慮整個(gè)宇宙時(shí)，情況會(huì)變得復(fù)雜得多。圖片來源：Shutterstock

一種新的基于探測(cè)器的方法闡明了在不斷演化的宇宙中應(yīng)如何測(cè)量引力波。

想象一下，當(dāng)池塘本身的形狀在緩慢變化時(shí)，試圖測(cè)量池塘表面的漣漪。這就是科學(xué)家們面臨的挑戰(zhàn)——他們研究引力波時(shí)，不是將其視為黑洞碰撞產(chǎn)生的孤立信號(hào)，而是將其視為不斷演化的宇宙本身的一部分。

引力波是時(shí)空的微小扭曲。它們的首次直接探測(cè)開啟了天文學(xué)的新紀(jì)元，為科學(xué)家提供了一種不依賴光來觀測(cè)宇宙事件的方法。從那以后，研究人員已熟練掌握解讀穿過大部分空曠、相對(duì)平靜的太空區(qū)域的引力波信號(hào)的技能。黑洞合并產(chǎn)生的信號(hào)就是一個(gè)清晰的例子。

在那些常見的情況中，設(shè)置相對(duì)簡(jiǎn)潔。這種波可以被視為穿過穩(wěn)定背景的微小擾動(dòng)，探測(cè)器會(huì)測(cè)量時(shí)空由此產(chǎn)生的拉伸和壓縮。波和背景能夠以有意義的方式分離。

為什么整個(gè)宇宙讓問題變得更難

宇宙學(xué)改變了這一圖景。研究人員不再研究穿過原本平靜的空間區(qū)域的波，而是必須將宇宙視為一個(gè)整體。這包括時(shí)空本身，以及其中的一切，比如恒星、星系、黑洞和宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)。

在這種情況下，背景并非靜止。宇宙在膨脹，物質(zhì)分布不均，密度和運(yùn)動(dòng)的微小變化不斷影響著時(shí)空。這些效應(yīng)使得準(zhǔn)確界定背景結(jié)束和引力波開始的位置變得困難得多。

這引出了一個(gè)看似簡(jiǎn)單卻實(shí)則復(fù)雜的問題：當(dāng)整個(gè)宇宙都在運(yùn)動(dòng)時(shí)，引力波探測(cè)器實(shí)際測(cè)量的是什么？

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