遥远时空传来“碎裂声”，多年前发生的这件事人类恐无法理

宇宙引力波背景信号可能来自时空中的原初裂痕。

这是韦布太空望远镜1月初拍摄的一系列深空星系照片中的一帧。（图片和文字内容无关）COSMOS-Web / Kartaltepe / Casey / Franco / Larson / RIT / UT Austin / CANDIDE

近年来，一些利用脉冲星进行精密计时的探测装置发现，宇宙时空背景中可能存在一种神秘的引力波信号。这种信号可能是数十亿年间，由宇宙中数以百万计的超大质量黑洞合并产生的引力波交织而成的。

但最近一些科学家认为，这种微弱的背景引力波，实际上是早期宇宙相变过程中时空的“碎裂声”。

所谓时空的碎裂是一个比喻，它实际上是指早期宇宙在相变过程中产生的“畴壁（domain wall）”衰变成粒子时产生的引力波。

极早期宇宙的特性十分怪异。今天我们所知的四大基本作用力——引力、强互作用力、电磁力和弱互作用力——在那时是合而为一的。随着宇宙的膨胀和冷却，它们才逐一分化了出来。

而随着四大基本作用力的分化，宇宙的面貌也发生了彻底的改变——只能在极端环境中存在的旧粒子消失，新的粒子现身。决定了粒子和场作用方式的基本时空量子场开始自我重组。

这样的巨变又被称为相变。为便于理解，我们可以把它想象成水变成冰或冰变成水的过程。

而就在这种变化的过程中，时空的不同部分转化的细节可能会不尽相同。就好比水在变成冰的过程中，水的不同部分在变成冰之后，分子的排列方式会有所不同。虽然最终所有水都变成了冰，但是因为不同部位的冰有不同的分子排列方式，这些不同的部位之间就会形成使冰容易碎裂的瑕疵。

科学家对于时空的相变，以及在此过程中产生的“不完美”非常感兴趣。相变发生在宇宙诞生后极短的瞬间内，整个过程可能连若干分之一秒都不到。而就在这一瞬间，时空中出现了许多瑕疵，它们是组成方式不尽相同的时空之间的边界，这种边界就是所谓的“畴壁”，它们组成了一张巨网，伸展到了宇宙的每一个角落。

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“畴壁”的存在时间很短。假如它们能够存在几秒甚至几分钟，其所拥有的巨大能量，就能使宇宙中所有原初氢和氦的产生机制——核合成过程终止；或导致宇宙大爆炸的余晖——宇宙微波背景辐射发生扭曲。

因此理论上这张“畴壁”网会衰变成粒子。这些粒子既包括普通粒子，比如电子或夸克；也包括奇异粒子，比如某种“暗物质”粒子。而这一衰变过程，连同“畴壁”网本身的波动，都会产生一种连续性的，直到今天依然存在的引力波背景。

这样的引力波背景信号极为微弱，像LIGO这样的地面引力波探测器无法感知。但是近年来天文学家已经开始利用脉冲星来进行引力波探测。脉冲星的脉冲间隔极为精确，误差不足百万分之一秒。因此当引力波从脉冲星和我们之间经过时，我们就能探测到脉冲间隔中的细微变化，并进一步发现在宇宙中穿行的引力波背景。

事实上现有的脉冲星计时探测装置已经探测到了宇宙引力波背景的蛛丝马迹。主流科学家认为，这样的引力波信号是由宇宙中大量超大质量黑洞合并产生的引力波混合而成的。但是也有科学家认为，“畴壁”网的衰变也可以解释引力波背景。

这些科学家提供了一个模型。根据这个模型，“畴壁”网的衰变可以在足够快的时间内发生，而不与其他天文观测成果——比如宇宙微波背景辐射相矛盾；与此同时它还可以很好地解释脉冲星计时阵列获得的古怪数据。

根据脉冲星计时阵列提供的数据，这些引力波背景信号十分微弱，且其来源也不能确定。所以认为它是时空碎裂发出的“声音”也没有什么不可以。但是如果要排除其他可能，则还需等待灵敏度更高的探测器问世。

参考

Gravitational Waves from Domain Walls in Pulsar Timing Array Datasets

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