球王会官方引力波搜索的“原子干涉仪”性能更优

　　时空引力波或传递物质引力的波动是宇宙中最为神秘的一种现象，物理学家很早就预言了引力波的存在，几十年来却从未寻到它们的蛛丝马迹，揭示时空引力场的隐形世界是科学家孜孜以求的目标，他们设想了用于探测的仪器，其中包括利用原子的量子属性对宇宙中普遍存在的引力波纹或引力褶皱进行探测。爱因斯坦的广义相对论是推测引力波存在的理论基础，大质量天体在加速运动中产生了引力现象，引力的本质却是物体的质量弯曲了周围的时空。在弯曲时空穿行的光线受到了附近大质量物体的引力作用，光线实际上将呈现一条弯曲的运动路径。

　　中子星和黑洞等高致密性天体拥有超强的引力场，以双星系的形式相互绕转的高致密性天体产生了超高辐射能的引力波，地面实验室的科研人员可能探测到经过的引力波。曾经没有任何一项实验证实了理论预言的引力波，所有艰难的探测活动都遇到了前功尽弃的结局。斯坦福大学的皮特·格雷厄姆带领了一个物理学研究小组，应用了新开发的“原子干涉法”，隐藏在宇宙时空背景的引力场得以“重见光明”。

　　格雷厄姆解释说，迄今为止，没有一位科学家看到了引力波，引力的波动现象只是理论的假设，它们的存在有待严格的证明。研究小组设想了“引力波望远镜”的建造计划，他们对此感到兴奋无比，信心十足，相信可以从引力波的视角审视宏伟的宇宙。通过对镶嵌在时空的引力波纹或引力涟漪的观测和分析，科学家可以获得多个隐藏的信息，诸如：宇宙天体的产生，中子星和黑洞等高致密性天体的独特性质，目前难以解释的引力神秘性等，致密天体的超强引力场远远大于研究人员在实验室创造的引力环境。

　　引力波探测器的研制有一个漫长的过程，激光干涉仪是目前搜索引力波的主要实验仪器，在路易斯安那州和华盛顿州建成了两个极为敏感的激光干涉仪引力波天文台（LIGO），引力波探测器由两个“激光手臂”组成，手臂的长度为1.2英里或2公里到2.5英里或4公里，处于三角顶点位置的探测器发出了两道激光，激光手臂呈相互垂直的状态。一旦有时空中的引力波涟漪穿过激光手臂或“激光长墙”时，引力波会引起激光手臂微小的扰动和扭曲，计算机会及时记录激光臂长变化的数据。

　　激光干涉仪引力波天文台（LIGO）可以探测到“激光长墙”微小的尺寸变化，依据引力波的方向伸展了一个“激光手臂”的长度，相应地收缩另一个“激光手臂”的长度。然而，高灵敏度的探测器有一个明显的缺陷，容易受到激光噪音的干扰，随机波动的激光噪音会掩盖引力波的信号，对真正引力波的探测产生了干扰，避免激光噪音的影响成了一个主要的技术问题，格雷厄姆和同事另辟蹊径，他们设想了用原子发生器代替激光器的方法，计划使用原子束，而不是使用激光束，最大程度地减少对引力波测量时出现的扰动。

　　原子干涉仪应用了量子物理学的原理，微观粒子有粒子性和波动性的双重特征，粒子性使得一个原子看起来好像一个微小的弹子球，波动性使得一个原子看起来好像一团微小的云雾，量子力学的波动方程式描述了粒子运动的轨迹，粒子在某一个特定的时间点可能既在这里，又在那里，粒子在某一个特定的地点可能既在这时，又在那时，直接观测的活动会影响到粒子的行为。研制原子干涉仪时应用了原子运动轨迹的波动函数方程，既在这里、又在那里的原理奇异性被用于对引力波变化的测量，一旦引力波穿过了原子干涉仪，同时处在两种状态的原子会出现加速运动的现象。

　　研究人员在测量原子的加速现象时设想了两台原子干涉仪的情形，可以将两颗搭载了原子干涉仪的卫星发送到太空轨道，两颗卫星分开一定的距离，引力波信号在两个地点的呈现有所不同，通过对比分析将信号的激光噪音清除掉，从而获得原子加速运动的正确数据。太空实验使用了激光束，分别照射两台原子干涉仪，太空实验可以避免地面的震动和摇晃，克服了地面震动带来的检测偏差。

　　斯坦福大学的格雷厄姆研究小组预计，原子干涉仪项目的花费为1亿到10亿美元，比激光干涉仪项目的费用有了大幅下降，其中的一个原因是太空激光干涉仪的实验方案预计发射三颗卫星，而太空原子干涉仪的实验方案预计发射两颗卫星。2011年，由美国和欧洲的科学家联合发起的引力波搜索激光干涉仪空间天线使命（LISA）项目由于缺乏资金而取消。