引力波,也被稱為時空的漣漪,而這種漣漪一般是由黑洞或者中子星等大密度品質的天體碰撞或者合併而產生,當然,目前並不排除一些低品質天體也會產生類似的漣漪,但是以目前的技術無法檢測到如此輕微的漣漪。引力波近幾年來成為科學家研究的重點,它攜帶著關於宇宙的祕密。但直到幾年前,我們根本無法探測到這些波,即使是現在,我們也只擁有最基本的探測能力來探測宇宙的引力波。
然而,一個新的研究表明,通過測量光和重力粒子相互作用的過程,可能會改變這一現狀。也就是說,光子可以揭示神祕的引力波!
我們知道,現在,地球上的探測器——鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)和室女座(Virgo)的工作原理是一樣的,引力波在地球上傳播時,會微微拉伸和擠壓時空。通過測量鐳射在長距離傳輸的時間,探測器會注意到時空的大小變化。但其中的變化是微小的,需要非常敏感的裝置和統計方法來檢測。
在這篇新研究中,三位研究人員提出了一種全新的方法:通過尋找引力子(攜帶引力的理論粒子)和光子(構成光的粒子)之間的直接相互作用的效應來捕捉引力波。位於印度焦特布林的印度理工學院的物理學家Subhashish Banerjee認為,通過研究這些光子與引力子相互作用後的性質,應該能夠重建引力波的性質,這樣的探測器將比現有的探測器更便宜,更容易建造。而且測量光子是人們非常了解的事情,它的研究具有非常深厚的基礎,也不會像LIGO那麼困難。
沒有人確切地知道引力子和光子是如何相互作用的,這很大程度上是因為引力子還完全處於理論階段。但這篇新研究背後的研究人員做了一系列理論預測:當一束引力子撞擊一束光子時,這些光子應該會散射。這種散射會產生一種微弱的、可預測的模式,而物理學家可以利用研究光的量子物理學家開發的技術來放大和研究這種模式。
自阿爾伯特·愛因斯坦時代以來,將微小的量子世界的物理學與大規模的引力和相對論聯絡起來一直是科學家們的目標,這項研究正在朝著那個方向邁進!探索引力子之間的直接相互作用可能會解開宇宙中其他一些深奧的謎團。
研究還表明指出光散射的方式取決於引力子的具體物理性質,根據愛因斯坦的廣義相對論,引力子是無品質的,並且以光速運動。但根據一系列被稱為“大品質引力”的理論,引力子具有品質,其移動速度低於光速。一些研究人員認為,這些想法可以解決暗能量和宇宙膨脹等問題。
但關鍵是沒有人知道這種光子引力子探測器的靈敏度會有多高。這在很大程度上取決於探測器的最終設計特性,而目前還沒有一個正在建造中。在未來的某一時刻,科學家將驗證這一偉大的發現!