Из четырёх фундаментальных сил природы, учёным не удалось обнаружить лишь гипотетические частицы (кванты), отвечающие за силу тяжести. Физики полагают, что гравитационная сила передается элементарной частице, получившей название гравитон, аналогично тому, как электромагнитная сила фотону.
Несмотря на наличие теоретически обоснованных причин существования гравитонов, их обнаружение на Земле физически не представляется возможным. Частично это связано с тем, что гравитация сама по слабая в сравнении с другими силами взаимодействия. В частности, использование традиционного способа для измерения гравитационной силы, посредством «прыгающего» света от нескольких зеркал, позволяющего измерить крошеные сдвиги в их разделении, безрезультатно. По словам физика Freeman Dyson, для обнаружения гравитонов таким способом необходимы зеркала, которые настолько массивны и тяжелы, что вполне бы могли образовать черную дыру.
По этой причине некоторые учёные полагают, что поиски гравитонов безнадёжны. В статье под названием «Использование космологии для идентификации квантов гравитации» («Using cosmology to establish the quantization of gravity»), опубликованной 20 февраля 2014 года в журнале «Physical Review D», космолог Lawrence Krauss из Arizona State University и его коллега Frank Wilczek предложили новый метод обнаружения гравитонов. По их словам, эффекты гравитонов могут быть обнаружены посредством измерения малейших изменений в космическом фоновом излучении Вселенной.
Krauss и Wilczek полагают, что существование гравитонов и квантовая природа гравитации может быть доказана одной из ещё не выявленных особенностей ранней Вселенной. По словам Krauss, если Freeman Dyson прав и гравитоны не могут быть обнаружены посредством наземных датчиков, то единственная надежда на эмпирические методы.
Учёные полагают, что спустя доли секунды после Большого взрыва, Вселенная подверглась стремительному росту в течении периода, получившего в последствии название «инфляция». Если гравитоны существуют, то они содержаться в гравитационных волнах, созданных инфляцией, следы которых содержаться в микроволновом космическом фоне. Данные следы представляют собой фотоны, расположенные в определенном порядке. Идентификация данного фотонного орнамента указывала бы на то, что что гравитация распространяется при помощи частиц, то есть гравитонов.
Предполагается, что гравитоны развивались по мере расширения Вселенной непосредственно в гравитационных волнах. Этот процесс, теоретически, должен был повлиять на электромагнитное излучение в космическом микроволновом фоне (реликтовом излучении), оставшемся после Большого взрыва, в частности, произошла бы его поляризация. Исследователи, анализируя данные космического аппарата Европейского космического агентства «Планк», искали этот «отпечаток» инфляции в поляризации реликтового излучения.
По словам Krauss, понимание того, что гравитационные волны производятся инфляцией, не ново, и тот факт, что учёные могут вычислять интенсивность гравитационных волн посредством данных о поляризации микроволнового фона, также ранее был известен исследователям.
Используя стандартный аналитический инструмент, известный как «размерный анализ», Wilczek и Krauss продемонстрировали, что генерация гравитационных волн во время инфляции пропорциональна квадрату постоянной Планка – константы, используемой исключительно в квантовой теории. Это означает, что гравитационный процесс, который приводит к возникновению этих волн, является по существу квантово-механическим явлением.
Из этого следует, что отпечаток гравитационных волн в поляризованном реликтовом излучении должен содержать доказательства существования гравитонов. Следовательно, обнаружение гравитонов — это только лишь вопрос времени, так как обнаружить ранние гравитационные волны, посредством современных приборов, невозможно, и необходимо время для того, чтобы разработать новые. Помимо этого, придется доказать, что любая поляризация реликтового излучения действительно связана с гравитационными волнами, а не с каким-либо другим явлением.
Если гравитационные волны возникли в момент Большого взрыва и затем
распространялись со скоростью света или мгновенно, то ныне они должны быть «на краю вселенной», за 13,8 млрд. световых лет от нас; там же — и следы их взаимодействия с чем угодно. Или не так?