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#新浪科技#假想的“引力子”是否真的存在？科学家想通过量子噪声寻找新浪科技2020-09-01 10:19:500阅( 二 )


他们的理论探索表明 ， 引力子噪声在原理上是可以观测到的 ， 这与普遍的看法相反 。 此外 ， 如果探测到这种噪声 ， 物理学家就有机会了解可能产生压缩引力波的奇异来源 。 荷兰阿姆斯特丹大学的理论物理学家埃里克·弗尔林德（Erik Verlinde）说 ， “他们正以一种非常严肃的方式思考这个问题 ， 并以一种精确的语言来接近它 。 ”
“我们一直认为引力子会以某种方式轰击探测器 ， 所以会有一点抖动 ， ”帕里克说道 。 他们在三年多的时间里对这种抖动进行了计算 ， 并在最近的一篇论文中进行了总结 。 描述完整计算集的论文目前正在同行评议中 。 “当我们从数学上理解了引力子噪声如何产生时 ， 那是一个美妙的时刻 ， ”扎哈里亚德补充道 。
然而 ， 尽管压缩的光已经可以在实验室（包括LIGO实验室）里常规制造出来 ， 但压缩引力波是否存在仍然是未知的 。 维尔切克猜测 ， 在黑洞合并的最后阶段 ， 引力场会非常强大且变化迅速 ， 可能会产生这种挤压效应 。 宇宙暴胀——早期宇宙中时空迅速膨胀的时期——也可能导致这种挤压 。 现在 ， 研究作者正着手建立这些宇宙学事件及其发射的引力波的精确模型 。
“这为更加困难的计算打开了大门 ， 这将是一个挑战 ， 直到最后 ， ”维尔切克说 ， “但好消息是 ， 作为实验目标 ， 这个模型会非常有趣 ， 而且可能很接近现实 。 ”
宇宙是一张全息图？
对其他物理学家来说 ， 相对于观测到宇宙中的量子源 ， 他们更希望看到引力子噪声直接存在于动荡的时空真空中 ， 粒子在那里会迅速出现 ， 然后迅速消失 。 当这些假想粒子出现时 ， 会导致时空在它们周围轻微扭曲 ， 产生随机的波动 ， 这被称为“时空泡沫”——又称“量子泡沫” 。
在量子泡沫的普朗克尺度中 ， 时空不再是平滑的 ， 许多不同形状会像泡沫一样随机浮现 ， 又随机消失 。 这种微小世界的能量起伏就是所谓的“量子涨落” ， 而在量子涨落中形成的微小通道 ， 就是所谓的虫洞 。 这些量子虫洞又可以连接到周围众多的起伏泡沫 。
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图3/5下一代引力波探测器可以由航天器编队组成 。 图中显示的是激光干涉空间天线开路者号（LISA Pathfinder）任务团队正在为2015年12月的发射做准备 。 目前 ， 该任务已经成功地测试了新一代探测器所需的技术 。这样的量子世界似乎无法进行实验 ， 但事实可能并非如此 。 如果宇宙遵循“全息原理” ， 即时空结构是以3D全息图的形式呈现在宇宙视界上的二维信息结构 。 如果全息原理是正确的 ， 那么像引力子这样的量子粒子就存在于低维度的表面上 ， 并在高维时空中编码着我们所熟悉的引力 。
在这种情况下 ， 量子引力效应可以被放大到日常世界的实验中 ， 比如LIGO 。 弗尔林德和加州理工学院的理论物理学家凯瑟琳·楚雷克（Kathryn Zurek）最近提议 ， 可以使用LIGO或其他高灵敏性的干涉仪来观察仪器周围的量子泡沫 。
在全息宇宙中 ， 干涉仪位于被低维度量子表面包裹的高维时空中 。 表面上所有的微小波动加起来 ， 就会产生一种大到足以被干涉仪探测到的噪声 。 弗尔林德说：“我们已经证明了量子引力效应不仅仅是由普朗克尺度决定的 ， 还由干涉仪的尺度决定 。 ”
【#新浪科技#假想的“引力子”是否真的存在？科学家想通过量子噪声寻找新浪科技2020-09-01 10:19:500阅】如果他们关于全息原理的假设成立 ， 引力子噪声就将成为LIGO的实验目标 ， 甚至成为“桌面”实验的目标 。 2015年 ， 在费米国家加速器实验室 ， 一项名为“全息仪”（Holometer ）的桌面实验开始寻找宇宙是全息图的证据 ， 但被发现存在不足 。 “当时的理论想法非常原始 ， ”弗尔林德说道 ， 并指出他与楚雷克在论文中的计算是基于自那时以来发展的更深入的全息方法 。 他认为 ， 如果计算结果能够精确地预测出引力子噪声的“模样” ， 那它们被发现的几率就会更高——尽管仍然不太可能 。
楚雷克和弗尔林德的方法只有在我们的宇宙是全息的情况下才会起作用 ， 而这是一个远未建立的猜想 。 楚雷克自己也承认 ， 他们对此的态度“更多的是一种狂野的西部心态 。 ”她说：“这是高风险的 ， 不太可能成功 ， 但管它呢 ， 我们对量子引力的了解太少了 。 ”
未知的领域
相比之下 ， 帕里克、维尔切克和扎哈里亚德的计算就建立在很少有异议的物理基础上 。 “我们做了一个非常保守的计算 ， 几乎可以肯定是正确的 ， ”帕里克说 ， “本质上 ， 这只是假设存在一种叫做引力子的东西 ， 使引力可以被量化 。 ”
不过 ， 三位研究者也承认 ， 在确定当前或计划中的引力波探测器能否发现引力子噪声之前 ， 还需要做更多的理论调查工作 。 帕里克说：“这需要几次幸运的突破 。 ”不仅宇宙中必须存在能产生压缩引力波的来源 ， 而且引力子噪声必须与LIGO已经探测到的其他许多噪声源区分开来 。
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图4/5埃里克·弗尔林德等人提出了一项建议：在时空的真空泡沫中直接寻找引力子的噪声“到目前为止 ， LIGO还没有表现出任何与爱因斯坦广义相对论的预测相违背的物理迹象 ， ”LIGO合作小组的成员丹尼尔·霍尔兹说 ， “于是我们就回到了开始的地方：广义相对论太神奇了 。 ”不过 ， 他也指出 ， 引力波探测器是我们在宇宙中获得新的基本性发现的最大希望 ， 因为大部分的宇宙“完全没有在地图上标注出来” 。


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