激光干涉仪引力波观测台(LIGO)是世界上最灵敏的探测时空涟漪的仪器,而据一些物理学家的计算,它还恰好是最好的发射引力波的仪器。虽然这些引力波过于微弱很难被检测到,但是研究人员相信,原则上它们可以检测到宏观物体之间的一些奇怪的量子效应。
日前,美国物理学会的一次会议上,来自加州理工学院的Belinda Pang在做报告时就说:“我们对LIGO进行引力波探测上的优化的同时,也进行了引力波发射上的优化”。
阿尔伯特·爱因斯坦在1915年解释了重力的起源:引力波拉伸了空间本身。像地球这样的大质量物体扭曲了它周围的时空,物体自由运动的直线轨道被弯曲,于是就等效产生了重力。爱因斯坦预测,当两个物体互相旋转时也会产生引力波,而LIGO的1000多位物理学家已经两次探测到了两个大质量黑洞合并时发射出的引力波。
LIGO依靠的是它的两个极度精确的探测器,一个位于华盛顿洲的Hanford,另一坐落在路易斯安娜州的Livingston。每个探测器都有一对4千米长的相互垂直的探测臂。这两个探测臂其实就是两把长尺,研究人员通过激光可以测量这两个尺子的长度变化,进而探测空间的伸曲,而这种变化极其微小,用如此长的尺子都很难探测得到。
两个长尺的末端都装有40千克重的反射镜,激光就在这两个镜子之间来回反射,当某一条臂的长度发生了变化,激光就会相应地发生干涉加强和干涉减弱。研究人员就是通过这个叫做干涉测量的方法来获得尺长的变化。而引力波如此之微弱,为了探测到它,LIGO的测量精度必须达到一个质子大小的1/10,000。
但LIGO的极高的灵敏度也暗示了它能够高效产生引力波。为了证明这个结论,Pang和她的同事专门建立了一个量子力学模型,来解释空间的弯曲是如何影响在探测臂中来回穿梭的激光的。