“原初引力波？”这一次。听到杨振宁抛出的这个概念，黄昆脸上倒没之前那般疑惑了。取而代之的。则是一抹若有所悟的思色。引力波。这三个字其实应该分成两部分来理解，也就是“引力”和“波”。那么引力为什么会有个波呢？答案显然并不是因为引力是个女性，而是因为时空有了结构——我们平时观察到的物质的运动，都是发生在时空之中的。某种意义上可以理解为物质是演员，时空是这些演员表演的舞台。普通的波，例如水波、声波、电磁波，都是演员在运动，舞台不动。而引力波呢，则是舞台本身的运动。在小牛的牛顿力学中。时空是一个平淡无奇的舞台，因为时间就是均匀的流逝，空间就是均匀的绵延。无论物质有多少、怎么运动，对这个舞台都没有影响，所以不可能有波动，也就是此前提及过的绝对时空观。但在老爱的相对论中，舞台的性质就很特别了。在广义相对论中，老爱对引力的描述方式变得比小牛的平方反比律复杂多了，成了绕一个很大的弯子：质量引起时空的弯曲，物体在弯曲的时空中运动，看起来就像是受到引力的作用一样。好比诸位面前有一张平坦的纸，它的曲率是零。在这张纸上面，三角形的内角和等于180度，圆的周长等于2π乘以半径，如此等等，欧几里得几何（就是你初中学的平面几何）的定理都成立。如果把这张纸变形一下，比如说变成一个球面，曲率大于零，许多欧几里得几何的定理在这里就不成立了。例如三角形的内角和大于180度——你甚至可以做出三个内角都是直角的球面三角形，它的内角和高达270度，圆的周长小于2π乘以半径等等如果把这张纸变成马鞍形，曲率小于零，你同样也会发现许多违反欧几里得几何的现象，只是表现在相反的方向。例如三角形的内角和小于180度，圆的周长大于2π乘以半径。当把弯曲的对象从一张纸也就是一个二维的面推广到相对论的时空也就是一个四维的几何结构，就明白“时空弯曲”是什么意思了，就是时空的每一点都可以有个或正或负或零的曲率。广义相对论给出了质量与附近的时空曲率之间的关系，质量越大，对周围的时空产生的弯曲就越大。当一个物体不受其他力、只在引力的作用下运动时，无论时空是弯曲的还是平坦的，它都只是按照距离最短的路线即“短程线”运动。如果时空是平坦的，短程线就是直线，这时没有引力，它做的就是匀速直线运动。如果时空是弯折的，短程线就变成了曲线。这时在其他观察者看来，这个物体似乎就是在引力的作用下运动——例如地球绕太阳的公转轨道，就是地球在太阳周围的弯曲时空中的短程线。如果还是没法理解再举个简单的例子吧。太阳好比一个耳根，他往沙发上一坐，就产生一个大坑，那么其他人坐在沙发上时，都会不由自主地被这个大坑陷进去。在广义相对论中。不同地方的时空可以具有不同的曲率，所以说时空有了结构。既然有了结构，自然就可以波动了。因此根据广义相对论。引力波应该是一种极其常见的现象，任何不是球对称的物体的加速运动都会产生引力波。这个概念在理论物理的知名度极广，所以黄昆这次倒是能跟上杨振宁的思路。随后他眼神微微一动，朝杨振宁问道：“老杨，不对吧，为什么探测到引力波，就能说是找到了引力子？”“虽然理论上来说引力波应该具备波粒二象性，但如果从相对论的角度用度规场来对它进行解释，似乎也可以说得通吧？”“换而言之二者之间应该没有那种绝对的辅证关系，否则爱因斯坦也不可能支持引力波的存在了。”波粒二象性。这个概念最早提出的时候只被用于光子，但后来随着理论发展，已经被推广到了所有的基本粒子。所以从波的角度进行逆推，一个微观领域的波，同样也应该有对应的微粒。但是引力波却有些特殊。早先提及过。相对论是目前描述引力最完美的一个理论，它只认为宇宙中存在引力场而不存在引力子，引力波的传递依靠的是度规场。也就是说引力波是张量波，当波穿过某区域时，它会导致空间在垂直方向上收缩和舒张。这个解释同样能够对引力波进行释意，而且自身可以形成一个良好的闭环生态圈。用后世的例子来解释就是广义相对论相当于苹果的ios系统，标准粒子模型相当于安卓阵营。ios哪怕不需要和安卓有交集也依旧可以过的很好，甚至在很多情景下可以说是霸主。代表着标准粒子的安卓阵营则在全体用户上有着优势——也就是标准粒子模型对科技发展的影响要比广相更大，目前二者正处于很焦灼的缠斗局面。引力波则相当于是一个很重要的软件，ios能支持它，安卓也能支持它。当然了。引力子的话就不一样了。这玩意儿就相当于突然死亡法则，只要被证明或者证伪，广相和标准粒子模型都得凉一个。“”看着有些疑惑的黄昆，杨振宁很快摇了摇头：“老黄，你再好好想想。”“我说的可不是普通的引力波，而是原初引力波。”“原初引力波？”黄昆下意识扶了扶眼镜：“那是啥玩意儿？”杨振宁想了想，双手在面前做了个手势，解释道：“老黄，你应该知道，所谓引力波，顾名思义就是引力场的波动，或者说是引力场度规的扰动。”“这种扰动由于种种情况的干涉或者影响很复杂，就像你爱吃的包子，它从最初的小麦到成品的包子之间，掺杂了很多很多的步骤——比如说脱谷、抹面、发酵等等等等”“引力波同样如此，常规的引力波由于多种情景使然，内部的信息也很复杂，就像你之前说的那样，它可以用标准模型解析，但也可以用广相释意。”“但如果我们能找到一种时间跨度很长的引力波呢？比如说跨度早到宇宙早期？”黄昆顿时一怔。接着杨振宁继续解释道：“在极早期宇宙中，能量标度很高，引力的量子效应不可忽略，所以引力场和其他物质场一样会有量子扰动。”“也就是说当时的引力就是量子态的——当然了，由于引力波是经典效应不是量子效应，所以引力场的这种量子扰动还不能看作是引力波，它只能算是引力波的‘种子’。”“后来这粒种子随着宇宙暴胀而生长放大，波长被拉长至远大于当时宇宙视界的尺度，它就被经典化，成为了充斥着全宇宙的引力波。”“而这第一批诞生的引力波，便是原初引力波。”“一旦我们能够捕捉到原初引力波，那么就可以去逆推极早期宇宙的物理信息，其中便包括了可能存在的引力子。”杨振宁说完，下意识便与李政道对视了一眼。他从李政道说出量子系统方程的时候，便知道自己的这位老对头同样想到了原初引力波。众所周知。从宇宙学扰动理论出发，可以推导出引力场度规张量扰动h的方程：d/dτ=ag00c2dt2+ag0jd0dj+h+k^2h+gijdidj其中 a是宇宙的尺度因子，k是扰动的动量模式，≡d/dτ是对共形时间的导数。接着通过重定义，可以将其转化为一个变频谐振子方程：ααhμν+aμνh+a′(λμhλν+λνhλμ)+bημναβhαβ+b′ημνααh=kTμν没错。想必聪明的同学已经看出来了。从这个方程不难看出，如果宇宙是在暴胀的，即 a1/τ，那么方程将有如下形式的解：(13a)ααh+2αβhαβ=kT可以看到解的虚部正比于宇宙的尺度 a，换回最初定义的扰动h，由于扰动泽雨轩 zeyuxuan.cc
