突破性实验有望让我们首次“看到”万有引力

IT之家 9 月 20 日消息，科技媒体 BGR 昨日（9 月 19 日）发布博文，报道称一项突破性实验，可以让我们首次“看到”万有引力。

科学家们花费了几十年的时间，试图了解万有引力在其最基本的尺度上是如何运作的，然而，还没有一种理论能够完全解释它。

项目团队

由史蒂文斯物理学教授伊戈尔・皮科夫斯基（Igor Pikovski）领导的一个研究小组，提出了新的量子传感实验，可以探测到单个引力子（构成万有引力的粒子），这在以前被认为是不可能的。

该团队由研究生一年级学生 Germain Tobar、Thomas Beitel 和博士后研究员 Sreenath Manikandan 组成，相关成果于今年 8 月发表在《Nature Communications》上。

项目背景

万有引力无处不在，物体坠落，行星相互绕行。一百多年前，爱因斯坦将引力解释为空间和时间的变化，彻底改变了我们对引力的理解。许多以前无法想象的万有引力效应现已得到证实：时间膨胀、引力波或黑洞。

但是，万有引力还有一个特别之处：我们至今只看到了它的 "经典" 版本，而所有其他的力都可以用量子理论来解释。

长期以来，物理学的圣杯之一就是将万有引力与量子力学联系起来，但这个问题至今仍未解决。在任何量子引力理论中，我们都希望出现某些单一的不可分割粒子。

图源：Pikovski Research Group

物理学家将这些难以捉摸的粒子命名为引力子--把它们想象成引力的组成部分，就像原子是物质的组成部分一样。

理论上，黑洞碰撞等巨大宇宙事件经常穿过地球的引力波就是由大量引力子组成的。

像 LIGO 这样令人印象深刻的大型探测器现在可以证实这种引力波的存在。然而，历史上从未探测到过引力子；甚至连发现引力子的想法也长期被认为是不可能的。

项目介绍

最新理论主要基于阿尔伯特-爱因斯坦在 1905 年首次解释的一个古老概念，这个概念被称为光电效应（photoelectric effect），它可以很好地帮助我们探测引力。

爱因斯坦的理论认为，光是由几个微小且不可分割的数据包组成的，我们称之为光子。然后，他利用这一点解释说，光电效应可以预测物质和光之间交换的能量，但只能是离散的能量。

研究人员说，他们使用了一个类似光电效应的系统。不过，他们使用的不是光，而是声共振和经过地球的引力波。

研究团队将其描述为“gravito-phononic”效应，研究人员的想法是用一个重达 4000 磅的铝条制成一个圆柱体，然后将其冷却到最低量子能量状态。

一旦达到这种状态，研究人员就会让高能引力波穿过它。这些引力波会使圆柱体发生轻微扭曲，从而拉伸和挤压圆柱体。

团队表示通过监测圆柱体的振动，研究人员或许能够预测其能量状态偶尔会发生的量子跃迁，这将有助于展示奇异引力子从通过的波中的吸收或发射。