في اللحظات الأولى من عمر الكون، كان يشبه مرجلًا يغلي. لم تكن المادة موزعة بالتساوي — بل كانت تتشكل فيها تكتلات وفراغات، وكانت حركتها المضطربة تولد ارتجاجًا في الفضاء نفسه: الموجات الثقالية. اليوم نحاول التقاط أصداء هذه الموجات — على سبيل المثال، عبر شبكة التلسكوبات الراديوية NANOGrav — ومقارنتها بالتوقعات. ولتحقيق ذلك، يشغّل الفيزيائيون محاكاة عددية على الحواسيب العملاقة، معيدين إحياء تلك العاصفة القديمة.
لكن هناك عقبة. عندما يُحسب الطيف مباشرة من المحاكاة — أي توزيع طاقة الموجات حسب الترددات — تظهر عند الترددات المنخفضة ارتجافة دقيقة. إنها تشبه تموجات لم تكن متوقعة إطلاقًا. السبب ليس فيزيائيًا بل رياضيًا: عند حساب متوسط مربعات السعات، تتسلل ترددات مضاعفة إلى الإشارة. وكأن الصدى يرتد من جدار ويتراكب على نفسه. يسمي المؤلفون هذه الظاهرة «التعرجات الطفيلية» ويوضحون أنها لا علاقة لها بالموجات الحقيقية. لا يمكن عرض مثل هذا الطيف على المراقبين — فهو مضلل.
جاء الحل من فكرة بسيطة: يجب أن نترك المحاكاة «تبرد». عندما يختفي مصدر الموجات — مثل شبكة من الجدران المجالية (طيات افتراضية في الزمكان) — تظل الموجات تنتشر في الكون لبعض الوقت. إذا مددنا الحساب عدة أزمنة هابل (فترات تضاعف حجم الكون) بعد إيقاف المصدر، فإن التذبذبات الطفيلية تتنعم من تلقاء نفسها. اختبر الفيزيائيون ذلك باستخدام كود CosmoLattice، محاكين شبكة من الجدران المجالية. المحاكاة الممتدة سمحت باستعادة الميلان تحت الأحمر الحقيقي الأملس للطيف — وهو الذي يحمل ذكرى أكثر مراحل نشوء الموجات اضطرابًا.
يحذر المؤلفون: التمديد الاصطناعي للمعادلات باستخدام تقنية بريس-ريديك-سبيرجل المعروفة (PRS) غير مناسب هنا. فهو يعطي أطيافًا غير صحيحة حتى لو أعدنا تطبيع المصادر بعناية. فقط الاستمرار الفيزيائي الصادق للحساب، الذي استغرق عدة أزمنة هابل إضافية، يكشف الإشارة الحقيقية. الطريقة عامة إلى حد كبير وتنطبق على أي نماذج عددية للمصادر الافتراضية لموجات الجاذبية في الكون المبكر.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2607.25073
Numerical simulations of gravitational waves (GW) production during violent evolution of matter inhomogeneities in the early Universe yield highly wiggle infrared parts of the spectra. Obtained directly from the two-point correlation function, these wiggles are nonphysical, corresponding to the parasitic, double frequency terms in naively averaged squared oscillation amplitudes of GW, and hence must be washed out. The deep infrared behavior can be predicted on general grounds, e.g. fixed by causality considerations. However, what matters for real observations, e.g. like that of NANOGrav, and what can be only inferred from numerical simulations, is the infrared slope near the maximum of the spectrum. It reflects the dynamics responsible for the GW production in its heyday, and hence must be accurately predicted. We illustrate the problem with numerical simulations of the Domain Wall network performed with the help of code CosmoLattice. We suggest a numerical procedure to smooth out these parasitic wiggles, which allows us to recover the true spectrum. Being quite generic, it may be applied to numerical simulations of other hypothetical sources of GW possibly operating in the early Universe. The procedure requires to extend the simulation by a few Hubble times after termination of the GW production. We checked with numerical simulations, that the technically natural long-time extension of simulations, which becomes available via artificial scaling of different parts in the scalar sector equations provided by PRS prescription, gives wrong GW spectra even if the source terms are properly rescaled.
شبكة الجدران المجالية هي «تجاعيد» افتراضية في الزمكان قد تكون نشأت عندما برد الكون أثناء مروره بتحولات طورية، تمامًا كما يتحول الماء إلى جليد.
في رواية «تواصل» لكارل ساغان، تحتوي الإشارة الفضائية على مخطط لآلة تستخدم موجات الجاذبية للسفر عبر الزمكان.