มุมมองของเราเกี่ยวกับจักรวาลกำลังจะเปลี่ยนไปตลอดกาล นับตั้งแต่วิทยาศาสตร์เริ่มต้นขึ้น ความรู้ทั้งหมดของเราเกี่ยวกับสิ่งที่อยู่ด้านบน ด้านล่าง และรอบตัวเรานั้นมาจากรูปแบบพลังงานที่คุ้นเคยกันมานาน ได้แก่ แสง ซึ่งเกิดจากวัตถุทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่อยู่ห่างไกล และสสารในรูปของอนุภาค เช่น รังสีคอสมิก แต่ตอนนี้เราอยู่ในฐานะที่จะศึกษาเอกภพโดยใช้รูปแบบพลังงานที่แตกต่างไปจากเดิม
อย่างสิ้นเชิง
ซึ่งจนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครค้นพบได้โดยตรง นั่นคือคลื่นความโน้มถ่วง การทำนายที่สำคัญของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ คลื่นความโน้มถ่วงคือการสั่นสะเทือนของอวกาศ-เวลาที่เกิดจากการเร่งความเร็วของมวลและพลังงานทุกรูปแบบ สภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงสูง เช่น หลุมดำหรือดาวคู่
ของดาวนิวตรอนจะสร้างคลื่นที่มีแอมพลิจูดมากที่สุด ในขณะที่ความถี่ของคลื่นขึ้นอยู่กับว่าแหล่งกำเนิดดังกล่าวเคลื่อนที่อย่างไร การเคลื่อนที่ขนาดเล็ก เช่น หลุมดำมวลดาวฤกษ์ ทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงความถี่สูง ในขณะที่วัตถุขนาดใหญ่ เช่น หลุมดำมวลมาก จะเคลื่อนที่ช้ากว่าและสร้างสัญญาณความถี่ต่ำ
เมื่อผ่านวัตถุทุกชนิดด้วยความเร็วแสง คลื่นความโน้มถ่วงจะเติมเต็มจักรวาลทั้งหมด และดังนั้นจึงอาจนำพาข้อมูลจากจุดเริ่มต้นของอวกาศ-เวลา ปัจจุบันเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงหลายแห่งทั่วโลกกำลังเก็บข้อมูลด้วยความหวังว่าพวกเขาจะตรวจจับการรบกวนของอวกาศ-เวลาได้โดยตรงเป็นครั้งแรก
อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ขนาดใหญ่เหล่านี้ ได้แก่ ในสหรัฐอเมริกาในเยอรมนี ในอิตาลี และ TAMA ในญี่ปุ่น ล้วนมองหาการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความยาวสัมพัทธ์ของแขนระดับสองกิโลเมตรซึ่งเกิดจากคลื่นความโน้มถ่วงที่ผ่านเข้ามา ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า พวกเขาควรจะสามารถตรวจจับสัญญาณความถี่สูง
(ประมาณ 100 Hz หรือมากกว่า) ที่เกิดจากวัตถุที่มีความโน้มถ่วงสูงสุดได้ กำลังรอการตัดสินใจด้านเงินทุนที่สำคัญซึ่งอาจเปิดตัวได้ในปี 2560 ห่างจากสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดังของโลกของเรา ยานอวกาศสามลำของ LISA จะใช้เลเซอร์สร้างแขนอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์สามแขนแต่ละข้างยาวห้าล้านกิโลเมตร
ภารกิจนี้
จะสามารถตรวจจับการรบกวนในอวกาศ-เวลาได้ในระดับ 1 เมกะเฮิรตซ์และต่ำกว่า สำรวจพื้นที่ของสเปกตรัมคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่ามีแหล่งกำเนิดจำนวนมากและหลากหลาย
เนื่องจากคลื่นความโน้มถ่วงช่วยให้เราศึกษาจักรวาลด้วยพลังงานรูปแบบใหม่ที่จับคู่กับทุกสิ่ง
เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงอาจนำไปสู่การค้นพบที่คาดไม่ถึง เช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์และกล้องจุลทรรศน์ในสมัยนั้น ยิ่งไปกว่านั้น คลื่นความโน้มถ่วงยังให้รายละเอียดเกี่ยวกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในช่วงวินาทีแรกของจักรวาล ซึ่งน่าจะช่วยให้เราสามารถจำกัดแบบจำลองต่างๆ
เช่น การพองตัวของจักรวาล และฟิสิกส์อื่นๆ อันที่จริง การรบกวนอวกาศ-เวลาที่น่ากลัวเหล่านี้เปลี่ยนเอกภพในยุคแรกเริ่มให้กลายเป็นห้องทดลองที่ซับซ้อนสำหรับฟิสิกส์พลังงานสูงเป็นพิเศษ ซึ่งสามารถช่วยจัดการกับปัญหาของแรงโน้มถ่วงควอนตัมได้ ตรวจสอบอัตราเงินเฟ้อแรงโน้มถ่วงได้เปิดเผยให้
เราเห็นจักรวาลที่มองไม่เห็นแล้ว เมื่อประมาณ 70 ปีก่อน ค้นพบผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของสิ่งที่เราเรียกว่าสสารมืด เมื่อเขาตระหนักว่าความเร็วที่กาแลคซีบางแห่งเคลื่อนที่ไม่สามารถอธิบายได้จากปริมาณของสสารที่มองเห็นได้ การกำหนดธรรมชาติของสสารมืดเพียงอย่างเดียว
ซึ่งปัจจุบัน
คิดเป็นสัดส่วนประมาณ 21% ของเอกภพ เป็นหนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ของฟิสิกส์สมัยใหม่ นอกจากนี้ เมื่อประมาณ 10 ปีที่แล้ว นักดาราศาสตร์พบว่าเศษเสี้ยวของเอกภพที่ใหญ่กว่านั้น (ประมาณ 75%) ประกอบด้วย “พลังงานมืด” ซึ่งเป็นสสารที่ต้านแรงโน้มถ่วงซึ่งทำให้เอกภพขยายตัวเร็วขึ้น
ในขณะที่เรามีแนวโน้มที่จะค้นพบแหล่งที่มาของคลื่นความโน้มถ่วงที่คาดไม่ถึงในเอกภพล่าสุด (เช่น บริเวณใกล้เคียง) ความหวังอันยิ่งใหญ่อย่างหนึ่งก็คือเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจะบอกเราเกี่ยวกับสภาวะความโน้มถ่วงที่รุนแรงซึ่งเกิดขึ้นก่อนหน้านี้มากในประวัติศาสตร์ของเอกภพ
รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าได้ให้หลักฐานโดยตรงเกี่ยวกับกระบวนการหลายอย่างที่เกิดขึ้นในยุคนี้ ตัวอย่างเช่น สเปกตรัมจากสสารที่ห่างไกลทำให้เห็นโดยอ้อมถึงวิธีกำเนิดนิวเคลียสของแสงในช่วงไม่กี่นาทีแรกของเอกภพ ในขณะที่พื้นหลังของคลื่นไมโครเวฟของจักรวาลให้ภาพรวมของเอกภพเมื่อ 380,000 ปี
หลังจากบิกแบง พื้นหลังนี้ ทะเลเย็นของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำ เกิดขึ้นหลังจากที่เอกภพขยายตัวและเย็นตัวลงมากพอที่จะทำให้อะตอมของไฮโดรเจนก่อตัวขึ้น (กระบวนการที่เรียกว่าการรวมตัวกันอีกครั้ง) โฟตอนที่ก่อนหน้านี้กระจัดกระจายโดยอนุภาคมีประจุในพลาสมาในยุคแรก
เริ่มสามารถแพร่กระจายได้อย่างอิสระ ความยาวคลื่นที่สังเกตได้ในวันนี้ถูกยืดออกไปยังบริเวณไมโครเวฟ พื้นหลังไมโครเวฟคอสมิกบอกเรามากมายเกี่ยวกับการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในพลาสมาในยุคแรกเริ่ม ท่ามกลางผลลัพธ์ที่สำคัญอื่นๆ เช่น เรขาคณิตของอวกาศ แต่คลื่นความโน้มถ่วง
สามารถบอกเราได้มากขึ้นเกี่ยวกับเอกภพยุคแรกโดยการสำรวจการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นในช่วงแรกๆ และในสเกลเล็กๆ ที่ร่องรอยแม่เหล็กไฟฟ้าของมันถูกชะล้างออกไปในสภาวะสมดุลทางความร้อนมานานแล้ว แนวคิดที่สร้างความตื่นเต้นมากที่สุดในปัจจุบันคือความเป็นไปได้ในการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง
จากการพองตัวของจักรวาล ซึ่งเป็นช่วงของการขยายตัวที่เร่งขึ้นซึ่งเริ่มขึ้นทันทีหลังจากบิกแบง ซึ่งเป็นช่วงที่ปริมาตรของเอกภพเพิ่มขึ้นถึง 10 80 เท่าในเสี้ยวเล็กๆ เสี้ยววินาที การพองตัวเป็นแบบจำลองที่ดีที่สุดที่เรามีสำหรับการอธิบายโครงสร้างขนาดใหญ่ของเอกภพ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ การทำให้เอกภพใหญ่ขึ้น เพื่อการเริ่มต้นการขยายตัวของเอกภพ
