本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
中微子和引力波可能包含來自過去時代的線索，但我們能解讀它們嗎？
在“科學難題？”系列中，我採訪了科學家們關於他們很想探索但認為無法研究的想法。例如，它們可能涉及超出可能性範圍的機器，例如像星系一樣大的裝置，或者它們可能是完全不道德的，例如像對待實驗鼠一樣在兒童身上進行實驗。此專題旨在關注不可能的夢想，科學中看似棘手的問題。然而，“科學難題？”末尾的問號表明，沒有什麼是不可能的。
科學家：Martin Bojowald，賓夕法尼亞州立大學物理學副教授，《時間之前：宇宙完整的故事》的作者。
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想法：大爆炸通常被科學家認為是萬物的開始，包括時間，這使得關於之前發生的事情的任何問題變得毫無意義。現在，越來越多的奇異理論表明大爆炸之前存在一個時代。數量正在增長。如果屬實，則有可能探測到這個遙遠時代的痕跡。
尋找來自這個逝去時代的訊號面臨許多挑戰。“試圖觀察大爆炸之前發生的任何事情就像透過一堵火牆觀看，”Bojowald 說。“大爆炸期間的宇宙非常緻密和熾熱，以至於光訊號和任何其他形式的電磁波都會被過度散射和偏轉，無法傳輸資訊。”
關鍵是關注來自過去時代與物質相互作用非常微弱的訊號——“中微子和引力波”，Bojowald 說。中微子已經被直接探測到，而“引力波預計將在未來幾年內被探測到，一旦先進的 LIGO [雷射干涉引力波天文臺] 準備就緒，並且已經有更靈敏的衛星探測器的具體計劃，例如 LISA [雷射干涉空間天線]”。
問題：依賴於與物質相互作用非常微弱的訊號的問題在於它們極其難以探測。例如，當涉及到中微子時，即使使用當前最大的中微子探測器，“我們只能看到這些粒子的一小部分”，Bojowald 說。為了掃描大爆炸之前時代的任何證據，科學家需要探測到所有能量的中微子的很大一部分，以及它們在天空中的精確方向。到目前為止，中微子實驗只能確定高能中微子的精確方向或有限能量範圍的中微子的近似方向，而探測古老的、極低能量的中微子可能需要極其龐大的儀器。
當涉及到探測引力波時，像 LISA 這樣的空間任務將比像 LIGO 這樣的地面實驗更容易。不幸的是，預算困境顯然意味著 NASA 將不會為其在 LISA 中的份額提供資金，這意味著歐洲航天局可能會進行縮減規模的任務。
解決方案？“我們將不得不等待幾十年，直到我們擁有所需的探測器，但這些探測器將是多用途機器，對粒子物理學和宇宙學的許多問題都感興趣，所以它們最終會可用，”Bojowald 建議。
使用此類機器的主要問題是理解它們可能揭示關於早期宇宙的哪些線索。“所需的理論，就像探測器一樣，仍在構建中，”Bojowald 說。
除了直接尋找引力波，科學家們還可以嘗試探測它們的間接效應——例如，透過觀察它們在宇宙微波背景輻射中引起的漣漪。然而，我們看到的宇宙微波背景輻射僅在大爆炸後幾十萬年才形成。因此，來自之前的任何訊號可能在有機會影響這種輻射之前就已變得微弱，因此可能需要更多的理論外推才能辨別出任何此類線索。
即使這個逝去的時代存在，也可能無法很好地瞭解它曾經是什麼樣子。Bojowald 稱之為“宇宙遺忘”現象，基於量子理論和時空物理學的結合，可能導致宇宙在大爆炸後失去其過去的一些屬性，並獲得與之前無關的新屬性。換句話說，這個過去時代可能存在一些永遠無法到達現在的細節。
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