从引力的角度来说，宇宙是一个嘈杂的地方。来自未知来源的大杂烩引力波在太空中不可预测地流动，其中可能包括来自早期宇宙的引力波。

强力如何影响引力波背景

科学家们一直在寻找这些早期宇宙引力波的迹象，一组物理学家现在已经证明，由于夸克和胶子在宇宙冷却时的行为，这种波应该具有明显的特征。这一发现将对大爆炸后最能描述宇宙的模型产生决定性影响。该研究发表在《物理评论快报》杂志上。

2015年，科学家首次在美国的LIGO引力波干涉仪上发现了引力波存在的直接证据。这些是来自特定来源的奇异波(尽管幅度很小)，例如两个黑洞的合并，它们冲过地球。这些波导致干涉仪的 4 公里垂直臂的长度发生微小(但不同)的变化，当激光束在探测器臂中来回传播时，所产生的干涉图案的变化可以检测到这种差异。

但也有较小的引力波，数量如此之多，以至于看起来像噪音。科学家们一直在这种噪音中孜孜不倦地寻找随机引力波背景(随机意味着随机确定，即不可预测)。但这些较小的引力波更难以探测到，科学家们转向了毫秒脉冲星阵列，其中从地球到遥远脉冲星的距离就是有效干涉仪臂长。

脉冲星(旋转的中子星)发出辐射束，其中一些辐射束的方向使光束扫过地球，就像旋转灯塔发出的光束一样。脉冲星具有极其稳定的公转周期，对该时钟计时的任何测量都会被经过的无数波长为光年的较小引力波微妙地改变。

去年，NANOgrav 合作组织发表了证据，表明这些低频随机引力波确实存在于时空背景中，其他小组也是如此。但它们的来源是什么?背景是否源于天体物理现象，例如数十万个合并的超大质量黑洞、超新星等?

也许背景起源于早期宇宙，它的波从那时起就一直在传播，类似于宇宙微波背景，由于大爆炸后 38 万年光子与电子的解耦而充满整个空间。或者是其他东西?

区分场景面临挑战。目前对超大质量黑洞物理学的理解还不够成熟，不足以得出确切的结论。背景引力波的连续谱取决于其源的微观细节，需要详细的数值模拟。

这项新工作提供了一种区分早期宇宙波与其他来源的波的方法。标准模型物理学——强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用的成功理论——应该在测量的背景上留下明显的足迹，这与所选择的确切的早期宇宙模型无关。

随着宇宙从大爆炸最初的那一刻开始冷却，它经历了不同的阶段。上面提到的一个是38万年后光子的解耦，因为宇宙变得足够冷，电子可以与质子结合并形成氢原子，使光子突然漂流。

但有一个更早的转变，或者说交叉，作为自由夸克和胶子，形成了夸克-胶子等离子体，合并成两个或多个夸克的单个粒子，由于强力的作用而粘在一起，胶子被困在其中。

这种“量子色动力学(QCD)交叉”预计会在宇宙温度约为一万亿开尔文时发生，即大爆炸后约 10 -5秒。这相当于大约 100 MeV 的能量。(QCD 是强力理论。)

事实证明，脉冲星计时阵列探测到的纳赫兹频率与背景中可观测的低频随机引力波具有相同的数量级。交叉不会产生波，但自由粒子数量的突然下降改变了控制宇宙状态的方程。QCD 交叉之前的引力波源会产生低频信号，该信号会受到状态方程变化的影响。研究人员表示，现在可以在脉冲星计时阵列数据中搜索信号。

斯坦福大学理论物理研究所论文合著者达维德·拉科(Davide Racco)表示：“我们认为，准确描述不同来源的引力波背景是推进这一探索的关键一步。”

“我们强调了广泛的原始现象的普遍且不可避免的特征，我们证明这是区分不同背景来源的有用成分。”

这样的结果将是复杂的量子物理学对我们今天所看到的宇宙的惊人影响，再次证明粒子物理学和宇宙学如何在同一基础上相遇。