本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
中微子和引力波可能包含来自过去时代的线索，但我们能解读它们吗？
在“科学难题？”系列中，我采访了科学家们关于他们很想探索但认为无法研究的想法。例如，它们可能涉及超出可能性范围的机器，例如像星系一样大的设备，或者它们可能是完全不道德的，例如像对待实验鼠一样在儿童身上进行实验。此专题旨在关注不可能的梦想，科学中看似棘手的问题。然而，“科学难题？”末尾的问号表明，没有什么是不可能的。
科学家：Martin Bojowald，宾夕法尼亚州立大学物理学副教授，《时间之前：宇宙完整的故事》的作者。
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想法：大爆炸通常被科学家认为是万物的开始，包括时间，这使得关于之前发生的事情的任何问题变得毫无意义。现在，越来越多的奇异理论表明大爆炸之前存在一个时代。数量正在增长。如果属实，则有可能探测到这个遥远时代的痕迹。
寻找来自这个逝去时代的信号面临许多挑战。“试图观察大爆炸之前发生的任何事情就像透过一堵火墙观看，”Bojowald 说。“大爆炸期间的宇宙非常致密和炽热，以至于光信号和任何其他形式的电磁波都会被过度散射和偏转，无法传输信息。”
关键是关注来自过去时代与物质相互作用非常微弱的信号——“中微子和引力波”，Bojowald 说。中微子已经被直接探测到，而“引力波预计将在未来几年内被探测到，一旦先进的 LIGO [激光干涉引力波天文台] 准备就绪，并且已经有更灵敏的卫星探测器的具体计划，例如 LISA [激光干涉空间天线]”。
问题：依赖于与物质相互作用非常微弱的信号的问题在于它们极其难以探测。例如，当涉及到中微子时，即使使用当前最大的中微子探测器，“我们只能看到这些粒子的一小部分”，Bojowald 说。为了扫描大爆炸之前时代的任何证据，科学家需要探测到所有能量的中微子的很大一部分，以及它们在天空中的精确方向。到目前为止，中微子实验只能确定高能中微子的精确方向或有限能量范围的中微子的近似方向，而探测古老的、极低能量的中微子可能需要极其庞大的仪器。
当涉及到探测引力波时，像 LISA 这样的空间任务将比像 LIGO 这样的地面实验更容易。不幸的是，预算困境显然意味着 NASA 将不会为其在 LISA 中的份额提供资金，这意味着欧洲航天局可能会进行缩减规模的任务。
解决方案？“我们将不得不等待几十年，直到我们拥有所需的探测器，但这些探测器将是多用途机器，对粒子物理学和宇宙学的许多问题都感兴趣，所以它们最终会可用，”Bojowald 建议。
使用此类机器的主要问题是理解它们可能揭示关于早期宇宙的哪些线索。“所需的理论，就像探测器一样，仍在构建中，”Bojowald 说。
除了直接寻找引力波，科学家们还可以尝试探测它们的间接效应——例如，通过观察它们在宇宙微波背景辐射中引起的涟漪。然而，我们看到的宇宙微波背景辐射仅在大爆炸后几十万年才形成。因此，来自之前的任何信号可能在有机会影响这种辐射之前就已变得微弱，因此可能需要更多的理论外推才能辨别出任何此类线索。
即使这个逝去的时代存在，也可能无法很好地了解它曾经是什么样子。Bojowald 称之为“宇宙遗忘”现象，基于量子理论和时空物理学的结合，可能导致宇宙在大爆炸后失去其过去的一些属性，并获得与之前无关的新属性。换句话说，这个过去时代可能存在一些永远无法到达现在的细节。
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