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科學家想通過量子噪聲尋找假想的「引力子」
這種理論上的粒子即「引力子」(graviton)﹐許多物理學家都相信引力子的存在﹐但很少有人認為我們會看到它們。這些假設的基本粒子是量子引力理論的基石﹐但在自然界中很難觀測﹐或許不可能被觀測。量子引力是對引力場進行量子化描述的理論﹐試圖統一愛因斯坦的廣義相對論和量子力學。
只有當時空結構縮小到盡可能小的尺度(如普朗克長度)時﹐引力子的世界才會變得清晰可見﹐但這需要一個能夠駕馭真正極端能量的設備。不幸的是任何能夠直接探測到這種尺度的測量設備﹐其質量必然無比巨大﹐足以坍縮成黑洞。著名理論物理學家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)在2013年的一次演講中給出了這個極限值的粗略計算﹐他說﹕「似乎大自然在協力合謀﹐禁止任何小於普朗克長度的距離測量。」。
因此﹐按照一般的思維﹐引力子可能只會在宇宙最極端的地方顯現﹐比如大爆炸前後﹐或者黑洞中心。「黑洞的問題在於﹐它們是黑色的﹐所以什麼也出不來﹐」美國芝加哥大學的天體物理學家丹尼爾·霍爾茲(Daniel Holz)說﹐「而量子引力的東西就發生在這個中心﹐這就太糟糕了。」。
然而﹐最近發表的幾篇論文對這一觀點提出了質疑。研究作者認為﹐引力子可能會在引力波探測器如激光干涉引力波天文台(LIGO)中製造可觀察到的「噪音」。其中一篇論文的合著者﹑美國亞利桑那州立大學的宇宙學家莫利克·帕裡克(Maulik Parikh)說﹕「我們發現﹐時空的量子模糊性會以某種抖動的方式印在物質上。」。
科學家還不清楚目前或未來的引力波天文台是否具備探測這種噪音所需的靈敏度﹐但這些計算至少在理論上使幾乎不可能的事情變得可能。研究人員通過思考引力子如何與探測器整體相互作用﹐為「引力子噪聲」概念提供了堅實的理論基礎﹐並讓物理學家向實驗證明又邁進了一步。他們希望未來的實驗證據能表明﹐引力遵循量子力學的規則。
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