科學(xué)研究：發(fā)光的引力子


圖片來(lái)源：Pixabay
當(dāng)觀察距離足夠近時(shí)，萬(wàn)物皆可粒子化。樹(shù)木是由大量夸克構(gòu)成的，太陽(yáng)光其實(shí)是由光子匯聚而成的，就連手機(jī)的功能也是基于電子流動(dòng)產(chǎn)生的。物理學(xué)家已經(jīng)探測(cè)到了組成物質(zhì)、光線以及大部分作用力的微粒，但是，至今也沒(méi)有實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱綔y(cè)到構(gòu)成引力的顆粒。
大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為引力源于基本粒子，但這些無(wú)質(zhì)量的“引力子”與已知粒子間的作用力太過(guò)微弱，以至于無(wú)法被探測(cè)到。為了證實(shí)引力子的存在，一些理論學(xué)家提出，可以在發(fā)生劇烈引力事件的地點(diǎn)附近進(jìn)行搜尋。比如，在兩個(gè)黑洞合并的地方，可能聚集了大量的引力子。
在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）發(fā)表的一項(xiàng)研究分析指出，這種“毀天滅地”級(jí)別的事件或許真的能揭開(kāi)引力子的神秘面紗。

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有能量的地方就會(huì)有引力。加利福尼亞州立大學(xué)（California State University）的物理學(xué)家道格拉斯·辛格爾頓（Douglas Singleton，并未參與這項(xiàng)研究）介紹說(shuō)，光子好比無(wú)質(zhì)量的光能傳輸包，在某些罕見(jiàn)的情況下，光子能夠自發(fā)地轉(zhuǎn)化為引力子。引力子反過(guò)來(lái)也能轉(zhuǎn)換為光子。
新的分析提出了一種新機(jī)制，引力子能釋放出的光子數(shù)量極為巨大，可能比之前研究中預(yù)估的數(shù)量多出數(shù)百億倍。因此，觀察這個(gè)過(guò)程或許更容易確認(rèn)引力子的存在。
加利福尼亞大學(xué)圣芭芭拉分校物理學(xué)家雷蒙德·索耶（Raymond Sawyer，這項(xiàng)研究的作者）表示：“在黑洞合并的附近有很強(qiáng)的引力作用，基于對(duì)這個(gè)過(guò)程的計(jì)算，我們已經(jīng)快要得到相關(guān)的原始估值了?！?br> 早期研究表明，其他無(wú)質(zhì)量粒子在大量存在時(shí)會(huì)突然改變自身狀態(tài)（稱(chēng)為量子破碎現(xiàn)象），索耶借助計(jì)算機(jī)模型研究了引力子是否也遵循同樣的模式。他的模擬結(jié)果是肯定的：當(dāng)引力子聚集密度足夠高，其中一些會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庾?。索耶介紹說(shuō)：“就像風(fēng)暴的形成，剛開(kāi)始幾乎無(wú)跡可尋，直到暴發(fā)時(shí)才發(fā)現(xiàn)它的存在?！?br>
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類(lèi)似黑洞合并的事件足以創(chuàng)造發(fā)射光子的必要條件，這些光子以波長(zhǎng)長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米的電磁波形式被釋放出來(lái)。這種信號(hào)極為微弱，但在地球上也是有可能接收到的。
索耶表示，如果出現(xiàn)比已經(jīng)觀測(cè)到的合并事件還要?jiǎng)×业氖录?，就有捕獲到信號(hào)的可能?？茖W(xué)家必須要在重重迷霧中梳理出合并事件的電磁波信號(hào)。
不過(guò)在此之前，理論學(xué)家還必須檢查模型的合理性。索耶表示，希望未來(lái)的模擬能夠在更接近現(xiàn)實(shí)的模型中證明，劇烈引力事件中可以出現(xiàn)光子暴發(fā)的現(xiàn)象，因?yàn)閯×乙κ录幸ψ拥幕ハ鄶_動(dòng)更為錯(cuò)綜復(fù)雜。辛格爾頓對(duì)此表示贊同，解決這個(gè)問(wèn)題需要更加強(qiáng)勁的算力：當(dāng)前的分析過(guò)程是“令人發(fā)指的簡(jiǎn)化”，得先讓人們對(duì)此感興趣，然后才去攻克繁重的計(jì)算問(wèn)題。
撰文：查利·伍德（Charlie Wood）
翻譯：董子晨曦
文章來(lái)源：環(huán)球科學(xué)


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