光子可以揭示“大品質引力”，新的理論認為，與世界上最敏感的引力波探測器相比，這是一個激進的新設計。

圖解：兩顆中子星合併的藝術家插圖。（圖片：R.Hurt/Caltech-JPL）

引力波，或時空漣漪，一直在地球上滑動，攜帶著關於宇宙的奧祕。但是直到幾年前，我們也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能力來探測宇宙的伸展和擠壓。

然而，一個新提出的引力波探測器，可以測量光和重力粒子之間的相互作用，可能會改變這一點。在這一過程中，該探測器可以回答關於暗能量和宇宙膨脹的重大問題。

現在，地球上的三個探測器——鐳射干涉引力波天文臺和處女室引力波天文臺——的工作原理是相同的：引力波在穿過地球時會微弱地拉伸和擠壓時空。通過測量鐳射穿過一段長距離所需的時間，探測器可以測出時空變化的大小。但是由於變化微弱，需要極其敏感的裝置和統計模型才能探測出來。

在這篇新論文中，三位研究人員提出了一種全新的方法：通過尋找引力子（帶有重力的理論粒子）和光量子（組成光的微粒子）之間直接相互作用的效應來捕捉引力波。這篇新論文的合著者以及印度焦特布林的印度理工學院的物理學家Subhashish Banerjee認為，通過研究那些與引力子作用後的光量子，可以重建引力波的性質。Banerjee稱這樣的探測器比現有的探測器更便宜也更易建造。“測量光量子是人們非常了解的事，”Banerjee告訴《生活科學》，“它經過了極為充分的研究，而且一定不像鐳射干涉引力波天文臺那種設定那麼具有挑戰性。”

沒有人能確切知道引力子和光量子是如何相互作用的，主要是由於引力子完全停留在理論階段，沒有任何物品可以孤立存在。但是這篇新論文的研究者做出了一系列的理論預測：當一股引力流撞擊一股光子流時，這些光子會散射。而且這種散射會以一種微小的、可預測的模式—物理學家可以使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。

自愛因斯坦時代以來，將小量子世界的物理學與大規模的引力和相對論物理學聯絡起來一直是科學家們的目標。但儘管新建議的研究引力波的方法將使用量子方法，但它並不能完全彌補微小到大型的缺口。

班納吉（Banerjee)補充說：“但這是朝這個方向邁出的一步。”

他說，探究引力子的直接相互作用可能會解決宇宙中其的他一些深奧的謎團。

作者在論文中指出，光散射的方式將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，引力子是無品質的且以光速傳播。但是根據一系列被稱為“大品質引力”的理論，引力子有品質且運動速度比光速慢。一些研究人員認為，這些想法可以解決諸如暗能量和宇宙膨脹之類的問題。 班納吉（Banerjee）說，使用光子散射檢測引力波可能會有副作用，告訴物理學家大品質引力是否正確。

“沒有人知道這種光子重力探測器最終會有多靈敏”，Banerjee說。這很大程度上取決於探測器的最終設計特性，目前，尚無任何探測器在構建中。但是，他說，他和兩個合著者希望實驗者們馬上建造一個光子重力探測器。在理論物理中，品質引力理論通過賦予引力子非零的重量來修改廣義相對論。在經典理論中，這意味著引力波遵循波動方程，所以，引力波會以低於光速的速度傳播。

品質引力理論有著漫長而曲折的歷史，追溯回20世紀30年代，沃爾夫岡·保利（Wolfgang Pauli）和馬庫斯·菲爾茲（Markus Fierz）首次提出了在平坦時空背景下傳播的大型自旋2場的理論。後來在20世紀70年代，品質引力理論遭遇了危機，幻象模式和廣義相對論的不連續性使得在極限處引力子品質變為零。儘管在三維時空這些問題已經被解決有一段時間了，但是在四維以及更高維時空，直到2010年Claudia de Rham, Gregory Gabadadze和Andrew Tolley 的工作(dRGT model)才把這些問題解決。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.Rafi Letzter-四龍，空格，DUO