科学家开发宇宙膨胀中引力波测量新方式

引力波通常被研究为在原本平静的时空中传播的微弱扰动，但当考虑整个宇宙时，情况会变得复杂得多。图片来源：Shutterstock

一种新的基于探测器的方法阐明了在不断演化的宇宙中应如何测量引力波。

想象一下，当池塘本身的形状在缓慢变化时，试图测量池塘表面的涟漪。这就是科学家们面临的挑战——他们研究引力波时，不是将其视为黑洞碰撞产生的孤立信号，而是将其视为不断演化的宇宙本身的一部分。

引力波是时空的微小扭曲。它们的首次直接探测开启了天文学的新纪元，为科学家提供了一种不依赖光来观测宇宙事件的方法。从那以后，研究人员已熟练掌握解读穿过大部分空旷、相对平静的太空区域的引力波信号的技能。黑洞合并产生的信号就是一个清晰的例子。

在那些常见的情况中，设置相对简洁。这种波可以被视为穿过稳定背景的微小扰动，探测器会测量时空由此产生的拉伸和压缩。波和背景能够以有意义的方式分离。

为什么整个宇宙让问题变得更难

宇宙学改变了这一图景。研究人员不再研究穿过原本平静的空间区域的波，而是必须将宇宙视为一个整体。这包括时空本身，以及其中的一切，比如恒星、星系、黑洞和宇宙的大尺度结构。

在这种情况下，背景并非静止。宇宙在膨胀，物质分布不均，密度和运动的微小变化不断影响着时空。这些效应使得准确界定背景结束和引力波开始的位置变得困难得多。

这引出了一个看似简单却实则复杂的问题：当整个宇宙都在运动时，引力波探测器实际测量的是什么？

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