从暗物质到暗物质引力波

在实验物理学和观测天文学的研究中，直接观测法和间接观测法符合科学哲学方法论的等效原理。物理学家对“看不见，看不清”暗物质和暗能量、量子引力和引力波的搜索多采用间接的观测方法。可以根据科学哲学形象论的等效原理将引力波和水波进行对比，物理学家将引力波形象地称之为“时空海洋”的涟漪。引力波不是明亮的光波，不能通过光学和射电望远镜直接“看见”它们，但时空涟漪能够引起光粒子空间位置的微小变化，通过对引力波引起的时空拉伸和收缩微小变形的检测，物理学家能够探测引力波的存在。 国际科学界对“摸不着，摸不透”引力波的间接观测主要使用两种观测台，一种是位于美国的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）和位于欧洲的室女座引力波天文台（Virgo），另一种是北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav），前者是测量激光臂长度拉伸或压缩的扰动，由于激光臂长度和所在时空区域的拉伸和压缩符合科学哲学对应论的等效原理，物理学家因此将激光干涉仪对引力波的探测称之为直接观测法。从2015年以来，LIGO和Virgo团队的科学家多次直接探测到频率为几十到几百赫兹的高频引力波。2021年1月1日，北美纳赫兹引力波天文台第一次发现了一个可能的低频率引力波信号，如果后续的发现反复证实了纳赫兹频率的引力波，那么具有里程碑意义的发现代表了诺贝尔物理学奖的水准。

NANOGrav观测台比LIGO和Virgo观测台采用了更为间接的引力波观测法，从遥远的快速旋转的脉冲星两极发出了强烈的脉冲信号，天文学家通过射电望远镜可能接收到“宇宙探照灯”的脉冲星光束，小而致密的脉冲星或中子星在快速旋转中以精确的时间间隔发出射电脉冲。引力波“涟漪效应”对时空纤维产生了拉伸和收缩的作用，引力波“涟漪效应”同样对脉冲信号产生了加强和减弱的作用，这使得脉冲信号到达地球观测台的实际时间和预期时间产生了极小差异。NANOGrav观测台在银河系选择了47颗最稳定旋转的毫秒级脉冲星，科学团队组建了脉冲星计时阵列，开发了计算机模型，以检测和分析脉冲信号的偏离是否由引力波的微扰效应引起。 任何一项科学发现不仅引起了主体性效应，而且产生了伴随性效应。NANOGrav合作团队首次捕获了非常低频率引力波的信号，这一发现潜在性地指向了超越标准模型的新物理学，低频引力波信号可能与宇宙极早期暴涨阶段物质等离子体发生的“相变”有关，极轻的作为暗物质粒子对象的轴子（ALPs）可能出现在宇宙极早期的物质等离子体中。美因玆的约翰尼斯-古腾堡大学的物理学家认为，出现在宇宙诞生之后30万年时点的宇宙微波背景辐射图谱不能提供宇宙诞生的所有线索，而引力波物理学打开了一扇了解极早期宇宙状态的窗口，夸克和胶子一类的基本粒子形成了极早期宇宙物质中原子核的基本构件，非常低频率引力波有可能产生于极早期宇宙，在宇宙暴涨和膨胀的过程中，大爆炸引力波可能逐渐转变为波长数光年的非常低频引力波。粒子物理的标准模型没有覆盖暗物质粒子，极早期宇宙物质的“原始羹汤”发生了相变，主要是因为宇宙温度随暴涨过程而下降，由夸克和胶子组成的普通物质和由可能的极轻轴子组成的暗物质在相变过程中同时产生。

对天文学的观测和研究指向了物理学，产生了天文学成果的主体效应和物理学成果的伴随或辅助效应；对物理学的实验和研究指向了天文学，产生了物理学成果的主体效应和天文学成果的伴随或辅助效应。天文学和物理学在相互融合和转换的过程中形成了天文物理学或天体物理学，其中包括天体粒子物理学或天体高能物理学、地球物理学和太阳物理学。极早期的普通物质粒子在宇宙大爆炸的能量相变中产生，极早期的暗物质粒子可能同样如此，普通物质粒子和暗物质粒子的极早期产生方式符合科学哲学相变论的等效原理。普通物质构成了可见的、包括行星和恒星在内的天体，科学家已初步发现了高频率和低频率的引力波，然而，科学家一直未能发现理论预期的暗物质和暗物质天体发出的“暗引力波”，物质分为普通物质和暗物质与引力波分为普通引力波和暗引力波符合科学哲学逻辑论的等效原理。暗物质表示为理论的预期，而暗引力波表示为理论“预期的预期”，暗物质和暗物质引力波是现代物理学家难以回避的物质和引力波领域的“两个谜题”。