艺术家描绘的两个黑洞合并并且引起我们所知的引力波涟漪（图源：LIGO/T.Pyle）An artist’s illustration of two black holes merging and creating ripples in space-time known as gravitational waves.(Image credit: LIGO/T. Pyle)
我相信你可以理解我们对极早期的宇宙知之甚少。
我们怀疑它经历了几个主要的变革时期——称为相变——最终产生了我们所知道和热爱的宇宙。最近，一组物理学家使用了弦理论中最强大的工具之一来处理这些相变，并透露我们即将可以通过引力波特征直接探测那些宇宙活动。
新的阶段
在自然中有四种已知的力，其中两种你都很熟悉：引力和电磁力，它们联合起来构成了我们日常生活的大部分。第三种，强核力，负责把原子核聚集在一起，但除此之外，它极短的作用距离使它无法做其他值得注意的事情。第四种，弱核力，它使核衰变和核反应成为可能，这很方便。但除此之外，它不管其他的事。
这四种力相互之间没有什么不同，但现代物理学最显著的见解之一是，它们可能都是同一种力的表现形式。我不能把这种统一的力量称作“力”，因为《星球大战》宇宙已经使用了这个绰号，所以我们只能称它为“统一的力”。
我们不知道这种统一的力是否真的存在（或曾经存在过），但我们已经能够将自然的两种力融合在一起。在我们的高能粒子对撞机实验中，电磁力和弱核力融合在一起，成为统一的“弱电力”。
如果我们的粒子对撞机能够实现这一壮举，那么宇宙肯定也可以实现。当我们的宇宙还不到一秒大时，它极其的小、热和密。如此的小、热和密，以至于足够使弱电力失控。只有当宇宙膨胀并冷却到超过这一点之后，这些力才能分成它们各自不同的身份。
艰难的旅程
在我们最简单的模型中，这一转变是相对平稳的——从弱电状态简单过渡到分离成电磁力和弱核力的宇宙。不过，虽然我们最简单的物理模型非常成功，它也有缺点。我们无法用简单的模型解释宇宙中的各种物理现象（比如中微子的质量和暗物质的存在）。
更复杂（和更假设）的物理模型预测，结束弱电时代的相变非常剧烈。这个过程非但不平稳，还非常艰难崎岖。新力量的泡沫在能量的猛烈释放中形成、增长和融合，随着弱电力与自身的分离，宇宙爆发出混乱的狂暴。
但是除了能说“是的，这太疯狂了”之外，现代物理学的工具还不能更详细地描述这种剧烈的相变。我们的数学没有好到能追踪所有复杂、强大的力量，因为它们改变了宇宙。
好吧，这并不是弦理论本身。弦理论是我们试图描述统一的力（并用单一理论解释所有的物理），但它并没有被破解——没人能够解出弦理论的数学问题以做出实际预测（这对科学很重要）。但在物理学家试图解开弦理论之谜（双关语）的数十年中，他们偶然发现了一种看似强大的技术。一些看似难解的问题，可以转化为相对简单易解的问题，再转化回来得到答案。
问题是：你必须从更高的维度去思考。在我们试图理解早期宇宙的烦乱嘈杂的情况下，相变物理学背后的困难的（或许是不可能的）数学可以转化为一个涉及广义相对论的更简单的问题——在五维上。
这没有任何意义。为什么这一招有效？为什么四维的弱电问题变成五维的引力问题？我们不知道。但我们知道的是，这个方法可能足够疯狂到可以奏效，一个理论物理学家团队已经使用这种方法来模拟早期宇宙的物理，正如发表在预印本期刊《arXiv》上的一篇论文所报道的那样。
有了这种新颖的“全息” （和这种技术的名称一样，因为它涉及在不丢失信息的情况下从一组维度转换到另一组维度）技巧，理论家们就能够追踪弱电相变期间泡沫的形成。他们发现，泡沫的形成和碰撞会导致引力波的巨量释放。
那些时空的涟漪可以持续到今天。但是，即使它们刚形成时可以像撕纸一样把你撕成碎片，现在它们几乎无法推动一个原子。我们还不具备探测它们的灵敏度，但研究人员发现，拟议的太空基引力波探测器，如欧洲空间局的激光干涉空间天线任务（LISA），将具备探测能力。
当LISA完全运行时（至少还需要几十年），它有可能探测到这些微弱的引力波，这些引力波是四种自然力中的最后一种相互分裂时留下的。如果没有全息理论，我们永远无法做出这种预测，而宇宙历史上最早和最剧烈的时代仍将是个谜。
BY:Paul Sutter
FY:语心
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