今天我要給大家介紹一篇最近發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的論文。這篇論文提出了一種新的引力波產(chǎn)生機(jī)制，即由宇宙早期的暴漲場(chǎng)分裂成的振蕩子所引起的。這種引力波信號(hào)可以提供關(guān)于宇宙最初狀態(tài)和暴漲理論的獨(dú)特信息，有可能被現(xiàn)有或未來(lái)的引力波探測(cè)器觀(guān)測(cè)到。

什么是暴漲、暴漲場(chǎng)、振蕩子和引力波？

首先，我們要回答一個(gè)基本問(wèn)題：宇宙是怎么開(kāi)始的？根據(jù)目前最廣泛接受的理論，宇宙大約在137億年前誕生于一個(gè)極小極熱的奇點(diǎn)，然后經(jīng)歷了一段極快速度的膨脹，這就是所謂的暴漲。暴漲可以解決一些宇宙學(xué)中的難題，比如平坦性問(wèn)題、視界問(wèn)題和單調(diào)性問(wèn)題。暴漲還可以產(chǎn)生一些微小而隨機(jī)的密度擾動(dòng)，這些擾動(dòng)在后來(lái)形成了我們看到的星系、星團(tuán)和大尺度結(jié)構(gòu)。

那么，什么是驅(qū)動(dòng)暴漲的動(dòng)力呢？物理學(xué)家認(rèn)為，存在一種稱(chēng)為暴漲場(chǎng)（或者叫作標(biāo)量場(chǎng)）的東西，它可以在空間中均勻地分布，并且具有一個(gè)潛在能量。當(dāng)暴漲場(chǎng)處于潛能曲線(xiàn)的高處時(shí)，它會(huì)使得空間加速膨脹；當(dāng)暴漲場(chǎng)滾下潛能曲線(xiàn)時(shí)，它會(huì)釋放出能量，并且結(jié)束暴漲。這個(gè)過(guò)程就像一個(gè)滾下山坡的球一樣。不同形狀的潛能曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)于不同類(lèi)型的暴漲模型，比如單調(diào)模型、對(duì)數(shù)模型和純自然模型等。

然而，并不是所有暴漲場(chǎng)都會(huì)平穩(wěn)地滾下潛能曲線(xiàn)。有些暴漲場(chǎng)會(huì)因?yàn)榱孔訚q落或者非線(xiàn)性效應(yīng)而分裂成一些局域化、長(zhǎng)壽命和質(zhì)量較大的激發(fā)態(tài)，這些激發(fā)態(tài)就叫做振蕩子。振蕩子的形成和演化是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，它取決于暴漲場(chǎng)的性質(zhì)和參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，振蕩子會(huì)在暴漲結(jié)束后的輻射為主時(shí)期占據(jù)宇宙的主要能量密度，然后在某個(gè)時(shí)刻突然衰變，釋放出其他粒子，比如光子、中微子和暗物質(zhì)等。

最后，我們要介紹一下引力波。引力波是時(shí)空本身的波動(dòng)，它可以由加速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量源產(chǎn)生。引力波可以攜帶關(guān)于源的信息，比如質(zhì)量、速度和形狀等。引力波也可以穿越任何物質(zhì)，因此可以探測(cè)到一些其他方法無(wú)法觀(guān)測(cè)到的天體現(xiàn)象，比如黑洞碰撞、中子星合并和宇宙早期的相變等。引力波的直接探測(cè)是物理學(xué)和天文學(xué)的一個(gè)重大突破，它開(kāi)啟了一個(gè)新的觀(guān)測(cè)窗口，讓我們能夠更深入地了解宇宙的奧秘。

暴漲場(chǎng)振蕩子產(chǎn)生的引力波有什么特征？

在這篇論文中，作者發(fā)現(xiàn)了一種新的引力波產(chǎn)生機(jī)制，即由暴漲場(chǎng)振蕩子所引起的。作者指出，在很多暴漲模型中，暴漲場(chǎng)會(huì)分裂成振蕩子，并且在一段時(shí)間內(nèi)占據(jù)宇宙的主要能量密度。這些振蕩子會(huì)在二階擾動(dòng)下產(chǎn)生引力波，這些引力波與之前考慮過(guò)的由振蕩子形成時(shí)產(chǎn)生的引力波是不同的。作者發(fā)現(xiàn)，這些新的引力波信號(hào)有以下幾個(gè)特征：

引力波的幅度與振蕩子占據(jù)宇宙能量密度的比例成正比，因此如果振蕩子占據(jù)了很大一部分能量密度，那么引力波信號(hào)就會(huì)很強(qiáng)。引力波的頻率與振蕩子衰變時(shí)刻成反比，因此如果振蕩子衰變得很晚，那么引力波信號(hào)就會(huì)很低頻。

引力波的頻率也與暴漲場(chǎng)潛能曲線(xiàn)的形狀有關(guān)，因此不同類(lèi)型的暴漲模型會(huì)產(chǎn)生不同頻率的引力波信號(hào)。作者還給出了一些具體的例子，比如單調(diào)模型、對(duì)數(shù)模型和純自然模型等，來(lái)說(shuō)明這些新的引力波信號(hào)在不同參數(shù)下的大小和頻率范圍。

暴漲場(chǎng)振蕩子產(chǎn)生的引力波有什么意義？

這篇論文提出的新的引力波信號(hào)對(duì)探測(cè)和測(cè)試暴漲理論有重要意義。作者指出：這些新的引力波信號(hào)可以提供關(guān)于暴漲場(chǎng)潛能曲線(xiàn)和參數(shù)的獨(dú)特信息，這些信息是從宇宙微波背景輻射中無(wú)法獲得的。這些新的引力波信號(hào)可以區(qū)分不同類(lèi)型的暴漲模型，并且可以排除一些不符合觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)或理論預(yù)期的模型。這些新的引力波信號(hào)可以用現(xiàn)有或未來(lái)的引力波探測(cè)器來(lái)觀(guān)測(cè)，比如LIGO、VIRGO、LISA。