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新型引力波探测器意外收到神秘信号:可能来自时间的起点

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星空天文 2021-09-18 23:58
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科学家在建造一种新型引力波探测器的过程中,无意间收到了两个奇怪的信号。如果这两个信号被证实确实是由宇宙本身产生的,那么一系列最基本的终极奥秘将有望得到破解。

人类目前拥有的引力波探测器只能感知到极端天体合并过程中产生的引力波。这类引力波的波长是以数百千米计的。如果把引力波比作声波,那么这样的信号就好比巨大的爆炸声。

但是在宇宙中四处传播的引力波不止这么一种。宇宙中还存在着波长介于几米至几千米之间的引力波。由于技术原因,人类到目前为止还没有探测到这种引力波。但是许多科学家正在致力于建造能够探测到这类引力波的探测器。

西澳大利亚大学的物理学家Michael Tobar与其同事就正在试制这样一台探测器。他们设计的引力波探测器核心组件是一块直径3厘米的石英晶体盘,以及一个能够根据振荡频率产生相应电子信号的共鸣腔。引力波能够在晶体内部制造出振荡,晶体的振荡能够激发电子信号,而电子信号能够告诉科学家发生了什么。

为了避免背景电磁场的干扰,探测器进行了多重防护,并被置于极端低温环境中——这么做的目的是要尽量减少因热量而产生的波动,亦即所谓的噪声。在一次为期153天的试运行过程中,研究人员意外发现,晶体内部发生了两次持续时间分别为1秒和2秒的振荡。

这让研究人员吃惊不小,他们试图用所有已知的原因来加以解释,比如宇宙射线的影响,以及晶体中存在某种未知的热量波动等。但至今尚不能排除是由引力波触发的可能。如果是这样,那么这种引力波十分奇特,因为它来自时间的起点。

在宇宙诞生的极早期,时空曾以几何级数极速膨胀。这种膨胀又被称为“暴胀”。宇宙学家认为,在暴胀的末期,宇宙经历过一次“相变”。所谓相变,笼统地理解,就是时空的状态发生了变化:就像水通过沸腾,从液态变成了气态一样。时空在这次相变的过程中,获得了大量的能量,并产生了一种特殊的引力波。新型引力波探测器接收到的引力波信号,可能就是由这种引力波引起的。

但要确认这一发现为时尚早。只有一个探测器不足证明它就是引力波。研究人员正在等待更多的探测器建成,以便互相佐证,逐步排除其它可能。

新型引力波探测器的核心组件。Michael Tobar

参考

Rare Events Detected with a Bulk Acoustic Wave High Frequency Gravitational Wave Antenna

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.071102

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