激光干涉儀引力波觀測臺(LIGO)是世界上最靈敏的探測時空漣漪的儀器,而據(jù)一些物理學家的計算,它還恰好是最好的發(fā)射引力波的儀器。雖然這些引力波過于微弱很難被檢測到,但是研究人員相信,原則上它們可以檢測到宏觀物體之間的一些奇怪的量子效應。
日前,美國物理學會的一次會議上,來自加州理工學院的Belinda Pang在做報告時就說:“我們對LIGO進行引力波探測上的優(yōu)化的同時,也進行了引力波發(fā)射上的優(yōu)化”。
阿爾伯特·愛因斯坦在1915年解釋了重力的起源:引力波拉伸了空間本身。像地球這樣的大質(zhì)量物體扭曲了它周圍的時空,物體自由運動的直線軌道被彎曲,于是就等效產(chǎn)生了重力。愛因斯坦預測,當兩個物體互相旋轉(zhuǎn)時也會產(chǎn)生引力波,而LIGO的1000多位物理學家已經(jīng)兩次探測到了兩個大質(zhì)量黑洞合并時發(fā)射出的引力波。
LIGO依靠的是它的兩個極度精確的探測器,一個位于華盛頓洲的Hanford,另一坐落在路易斯安娜州的Livingston。每個探測器都有一對4千米長的相互垂直的探測臂。這兩個探測臂其實就是兩把長尺,研究人員通過激光可以測量這兩個尺子的長度變化,進而探測空間的伸曲,而這種變化極其微小,用如此長的尺子都很難探測得到。
兩個長尺的末端都裝有40千克重的反射鏡,激光就在這兩個鏡子之間來回反射,當某一條臂的長度發(fā)生了變化,激光就會相應地發(fā)生干涉加強和干涉減弱。研究人員就是通過這個叫做干涉測量的方法來獲得尺長的變化。而引力波如此之微弱,為了探測到它,LIGO的測量精度必須達到一個質(zhì)子大小的1/10,000。
但LIGO的極高的靈敏度也暗示了它能夠高效產(chǎn)生引力波。為了證明這個結(jié)論,Pang和她的同事專門建立了一個量子力學模型,來解釋空間的彎曲是如何影響在探測臂中來回穿梭的激光的。