借引力波探测宇宙
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借引力之波探测宇宙
爱因斯坦预言在时空中会存在引力波，它们可以把天文学家带入宇宙中最剧烈爆发事件、黑洞碰撞乃至宇宙本身大爆炸的中心。
引力会伴随我们一生。它是维系桥梁和建筑的基础，后两者构成了我们的城市和运输系统的要件。如我们所知，它还维持着生命赖以生存的大气。但自牛顿因（可能是杜撰的）苹果而获得灵感之日起，引力的起源至今仍是个谜。
那么，天文学家是否有可能像在可见光和其他电磁波段进行常规观测那样来观测引力本身呢？理论告诉我们，引力会在宇宙时空中制造出类似波浪的涟漪。就算是一只麻雀拍打翅膀，也能产生会引起空间和时间微小波动的引力波。不过，科学家们探测到这些扰动的最佳机会还是在更大得多的尺度上。
如果能直接观测到引力波，那将打开一扇通往爱因斯坦广义相对论最强检验的大门——两颗中子星间的碰撞，宇宙深处星系碰撞而引发的超大质量黑洞并合，甚至还有大爆炸的涟漪。引力波的观测将帮助天文学家确定中等质量黑洞是否真的存在。在更大的尺度上，科学家还将有可能探测到全新且完全意想不到的引力源——这是开启一个新的领域时经常发生的事情。
传播的辐射
几千年来，我们对宇宙的认识几乎都来自电磁辐射所携带的信息。电磁波由沿着两个轴振荡的电场和磁场组成。几十年来，地面上的探测器还试图探测难以捉摸且十分微弱的引力波，它会在三个几何坐标轴的方向上振动并传播，从本质上讲其实就是时空本身的振荡。引力波是物质加速进而扰动时空所产生的。
类似电磁辐射，引力辐射也会像波一样传递能量，它可能的频率范围非常巨大。低频引力波的波长较长，而高频引力波的则较短。它们的频率可以从接近0赫兹到约一千亿赫兹不等。不同的质量源会产生不同频率的引力波。恒星质量的天体，例如相互绕转的白矮星或中子星，会产生高频引力波，而质量更大的天体，例如星系中心的超大质量黑洞，则会发出低频引力波。相比质量较小的天体，质量较大的天体具有更强的弯曲时空的能力，因而可以产生更强的引力波信号。
去往宇宙的开始
为了直接探测到来自宇宙大爆炸的引力波，天文学家们不得不放眼未来。作为几年前其“超越爱因斯坦计划”的一部份，NASA资助了一项概念研究，来确定怎样才能破解覆盖在时间本身开端上的铁幕，把宇宙学的回溯时间推到甚至比宇宙微波背景——出现在宇宙大爆炸之后约38万年——更早的时期。宇宙微波背景辐射弥漫于整个宇宙之中，标志着电子与原子核结合且光子第一次可以自由穿行的那一刻。
这项概念研究提出了大爆炸观测者任务，计划在21世纪中叶发射。类似于LISA但更宏大，大爆炸观测者需要3个航天器星座，而不是仅仅3个航天器。它们都将围绕太阳公转，但所探测的引力波频率则在0.1～10赫兹之间，这个频率范围介于类似LISA这样任务的和地面干涉探测器的之间。
来自宇宙大爆炸的引力波极有可能是随机的，会跨越巨大的波长范围，从可观测宇宙的大小到数千千米甚至更小。理论上地面引力波探测器，例如升级后的LIGO，也可以探测到它们。 这些引力波能让天文学家回望始于大爆炸之后瞬间的超高速膨胀时期——被称为暴胀。发生时间甚至更早的事件——宇宙大爆炸本身——也可能会产生引力波。如果科学家能探测到这些引力波，他们就可以为远超地球上粒子加速器所能企及的基本相互作用提供线索。
虽然直接观测到这些原始引力波可能仍需要几十年甚至更长的时间，但就在2013年初宇宙学家宣布，在宇宙微波背景中看到了暴胀引力波所留下的印迹。由位于南极的实验装置BICEP2所看到的这些螺旋形样式被认为是极早期时空涟漪的遗迹。
但是，这一发现——已被证明是银河系内的尘埃，但即便被证实——仍是对原初引力波的间接探测。科学家们可以回溯的宇宙时间仍止步于宇宙微波背景。宇宙真正的起点和宇宙微波背景之间依然有相当大的空白。对于在这个空白期内发生了什么，我们所知甚少，因此所能获得的有关这一时期的任何数据都是非常有价值的。
然而，即使探测到了这些古老的引力波，也很难判断它们到底是由宇宙大爆炸还是由宇宙暴胀所产生的。这些信号自身的特性并不会告诉我们它们起源自何时何地。
不过，即便如此，只要科学家们能够真正在天文学中自如地运用引力波辐射，它就一定会在这个领域中带来翻天覆地的变化。不受干扰，以光速传播，在宇宙中亘古穿行，这些特性将使得引力波彻底改变天文学，揭示出一个我们没有其他手段所能目睹的新世界。
