兩個(gè)“共舞”黑洞產(chǎn)生的引力波的頻率越來越高。圖片來源：美國國家航空航天局
科技日報(bào)記者?劉霞
引力波也被稱為“時(shí)空的漣漪”。1916年，愛因斯坦基于廣義相對論做出預(yù)言，劇烈的天體活動(dòng)會(huì)帶動(dòng)周圍的時(shí)空一起波動(dòng)，這就是引力波。約100年后，2015年9月，宇宙中一次僅持續(xù)五分之一秒的“漣漪”改寫了物理學(xué)的篇章，科學(xué)家首次直接探測到引力波。此后，包括美國激光干涉儀引力波天文臺(tái)和歐洲“處女座”引力波探測器等在內(nèi)的設(shè)施，相繼探測到100多起引力波事件。但物理學(xué)家認(rèn)為，這只是“冰山一角”。
英國《自然》雜志網(wǎng)站在6月27日的報(bào)道中指出，物理學(xué)家正在籌建新天文臺(tái)，開發(fā)新實(shí)驗(yàn)和技術(shù)，以發(fā)現(xiàn)目前方法無法檢測到的引力波。他們期待能夠發(fā)現(xiàn)由完全不同的宇宙現(xiàn)象，包括超大質(zhì)量黑洞甚至宇宙大爆炸本身產(chǎn)生的引力波，從而進(jìn)一步揭示宇宙的奧秘。
脈沖星計(jì)時(shí)陣列：捕捉持續(xù)十年的引力波
脈沖星是高度磁化且快速旋轉(zhuǎn)的中子星，每秒可以旋轉(zhuǎn)數(shù)千次。理想情況下，脈沖信號(hào)應(yīng)該間隔相等，但如果引力波對時(shí)空造成了微小擾動(dòng)，脈沖星和地球的距離會(huì)發(fā)生微小變化，探測這些微小變化有助發(fā)現(xiàn)引力波。
對脈沖星集合或陣列進(jìn)行觀測的脈沖星計(jì)時(shí)陣列（PTA）應(yīng)該能夠檢測到頻率僅為納赫茲的引力波引起的變化，此類引力波可能由超大質(zhì)量黑洞對產(chǎn)生。這種引力波的連續(xù)波峰需要數(shù)十年才能通過地球上的特定位置，這意味著需要數(shù)十年觀測才能發(fā)現(xiàn)它們。
2023年，PTA技術(shù)結(jié)出碩果。北美納赫茲引力波天文臺(tái)、歐洲脈沖星計(jì)時(shí)陣列、中國脈沖星計(jì)時(shí)陣列、澳大利亞帕克斯脈沖星計(jì)時(shí)陣列等合作團(tuán)隊(duì)分別發(fā)表了4篇論文，報(bào)道了背景引力波的存在證據(jù)。在宇宙尺度上均勻分布的、大量獨(dú)立且不可分辨的波源輻射的引力波疊加起來，就會(huì)形成隨機(jī)背景引力波。
美國耶魯大學(xué)天體物理學(xué)家基婭拉·明加雷利表示，納赫茲背景引力波可以讓人們窺視更早期的宇宙。
微波望遠(yuǎn)鏡：發(fā)現(xiàn)源于宇宙大爆炸的引力波
宇宙微波背景輻射（CMB）被稱為宇宙大爆炸的“余暉”。位于智利北部阿塔卡馬沙漠海拔5300米處的西蒙斯天文臺(tái)即將竣工，其能以更精致的細(xì)節(jié)，為CMB繪制“肖像畫”。美國普林斯頓大學(xué)宇宙學(xué)家喬·鄧克利稱，該天文臺(tái)將提供迄今對CMB最好的觀測，并尋找源于宇宙大爆炸的引力波痕跡，從而揭示宇宙暴脹的秘密。
暴脹指宇宙指數(shù)級的快速膨脹。盡管暴脹是目前廣泛接受的宇宙學(xué)理論基石，但目前還沒有證據(jù)證明這一點(diǎn)，CMB極化漩渦中的特定“B模式”將是確鑿證據(jù)，這一模式可能是引力波通過時(shí)留下的印記。理論上，這種引力波應(yīng)該由宇宙暴脹產(chǎn)生。
美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)理論天體物理學(xué)家馬克·卡米諾維斯基表示，暴脹理論預(yù)測了B模式的存在，如果該模型成立，西蒙斯天文臺(tái)應(yīng)能找到它。
原子干涉儀：專捉特定頻率引力波
許多項(xiàng)目致力于探測較低頻的引力波，但很少有設(shè)施探測略低于1赫茲的引力波。
但新興的原子干涉儀技術(shù)或有希望完成這一任務(wù)。原子干涉儀是一種垂直的高真空管，原子可以在其中釋放并在重力作用下下落，在此期間，物理學(xué)家用激光“挑動(dòng)”原子，使其在激發(fā)態(tài)和基態(tài)之間切換。
美國斯坦福大學(xué)物理學(xué)家賈森·霍根表示，將兩組或多組原子置于同一垂直管道內(nèi)不同高度，并測量激光脈沖從一組原子傳播到下一組原子所需的時(shí)間，引力波的通過將導(dǎo)致光在它們之間傳播的時(shí)間稍微減少或稍微增加。
斯坦福大學(xué)開發(fā)了落差為10米的原子干涉儀，也有其他小組計(jì)劃建造100米高度的原子干涉儀，其中MAGIS-100已經(jīng)在費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室的豎井中建設(shè)，計(jì)劃于2027年完工。
臺(tái)式探測器：小塊頭有大智慧
也有科學(xué)家正在探索用更小更便宜的探測器探測引力波，包括桌面探測器。
美國西北大學(xué)研制的懸浮傳感探測器（LSD）讓激光在相距僅1米的成對鏡子之間反射，旨在通過共振來探測頻率約100千赫茲的引力波。
英國南安普頓大學(xué)物理學(xué)家伊維特·富恩特斯提出了一種制造更小的共振探測器的想法。她計(jì)劃利用玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)（BEC）的奇異物質(zhì)狀態(tài)中的聲波，如果引力波以與聲波共振的頻率通過，其就可以被探測到。不過，這個(gè)過程可能需要重復(fù)數(shù)月才能成功。
理論上來說，基于BEC的探測器可以探測到1兆赫茲或更高頻率的引力波。這些高頻引力波可以揭示宇宙大爆炸后第一秒左右發(fā)生的奇異物理現(xiàn)象。
