量子引力或颠覆人类宇宙认知 发布时间：2024-07-26 13:48 来源：参考消息网

　　参考消息网7月24日报道 据美国《大众机械》月刊网站7月9日报道，无论你看向何处，都能看到引力的踪迹。它存在于月球每晚绕地球运行的轨迹上，也存在于你在结冰的人行道上摔倒时发出的“砰”的一声闷响中。

　　引力支配着我们的日常生活，甚至可以帮助我们探测到数十亿光年外的黑洞碰撞。然而，尽管引力在人类生活和宇宙中是不可或缺的，但当你在量子层面评估世界时，它几乎是不可察觉的。

　　几十年来，科学家们一直梦想通过弦理论或圈量子引力等复杂思想，找到一种方法来协调引力在经典层面和量子层面的影响。统一的引力理论也可能是解决宇宙中其他重大问题的关键——比如大爆炸是如何开始的，或者暗物质是由什么构成的。然而，尽管这两种思想在理论上各有千秋，但真正能够探测到量子层面的微小引力效应却完全是另一回事。

　　这正是今年早些时候发表在《科学进展》杂志上的一项新研究发挥作用的地方。在这项研究中，一个由来自英国、荷兰和意大利的研究人员组成的团队设计了一个非常灵敏的实验，它能够测量出一个重量仅为0.43毫克的粒子所受到的阿牛顿级(1阿牛顿等于1牛顿的10的18次方分之一)的引力。作为参考，1牛顿约为一个苹果质量的物体在地表所受到的地球引力。

　　荷兰莱顿大学的理论物理学教授切克·奥斯特坎普博士是这篇论文的作者。他说，尽管他的团队测量的引力作用于一个非常微小的粒子——事实上，这是迄今为止测量到引力的最微小粒子——但他强调，这一测量距离真正论证量子引力仍然“相去甚远”。

　　奥斯特坎普解释说：“我们想说的是，这是朝着测量量子引力效应迈出的一步。”

　　能够测量这些效应或成为朝着更清晰理解量子引力迈出的重要一步，而这最终可能会揭开宇宙起源的秘密。

　　你可以把引力效应想象成声波。为了探测到更小的噪音，录音机需要更灵敏，并且需要滤除背景噪音。同样，物体越小，它的引力就越“安静”。

　　为了“听到”作用于0.43毫克粒子的引力，奥斯特坎普和他的同事需要设计一个实验，在仔细“聆听”的同时过滤掉非引力振动，比如粒子嗡嗡作响和碰撞产生热能的随机运动。实验温度越低，需要去除的杂散振动就越少。

　　为此，该团队综合运用多种工具来提高灵敏度，包括：一台用于最大限度减少热能的稀释制冷机(类似用于冷却量子计算机的制冷机)、一个吸收环境振动的质量弹簧系统以及一个将悬浮小粒子与任何残留振动隔离的超导“陷阱”。另外，团队在附近放置了第二个2.4公斤重的源质量，为悬浮粒子产生引力。这个实验需要两个有质量的物体，以便一个源的引力可以作用于另一个源，就像地球和月球一样。

　　据奥斯特坎普介绍，建造这种装置，使其能够在如此极端寒冷的条件下工作——非常接近于绝对零度，即-273.15摄氏度——是该实验结果与众不同的原因。这也是他从前认为这项实验可能永远不会实现的原因。

　　由于采取了这些预防措施来消除多余的振动，该研究团队得以测量出作用于这个悬浮测试粒子的30阿牛顿引力。

　　加利福尼亚大学伯克利分校的理论物理学教授野村泰纪博士主要研究量子理论和量子引力。野村说，虽然这一实验设计可以在隔离作用于更小粒子的引力方面发挥作用，但在试图测量量子引力本身时，它可能仍有局限性。

　　野村说：“此次测量是朝着在真正的量子体系中直接观测引力迈出的一步。”然而，他说，一个棘手的问题是，量子引力效应被认为只有在极小的尺度上才会变得显著。野村说：“利用目前的测量技术，包括在超导陷阱中悬浮一个小质量，不可能达到这种尺度。”

　　野村说，可能还有其他测量量子引力的方法，可以完全避免直接测量小粒子。

　　虽然奥斯特坎普的重力探测器可能不会很快用于测量量子引力效应，但他希望它能很快在探测大重力效应方面发挥作用。特别是，他希望用它作为一种工具，来提高寻找引力波实验的灵敏度。引力波是黑洞碰撞等大型引力事件在时空中留下的涟漪效应。美国的激光干涉仪引力波观测台(LIGO)和意大利的室女座探测器(VIRGO)等实验已经在通过测量激光在数公里范围内路径上的微小变化来探测这些涟漪。

　　奥斯特坎普说：“我们希望建造LIGO/VIRGO的后继者，即‘爱因斯坦望远镜’。”该望远镜计划于21世纪30年代中期在欧洲建造，将成为下一代引力波探测器。“他们(LIGO/VIRGO团队)可以向我们传授有关更小振动的知识，我们则可以告诉他们我们所知道的有关冷却的知识。”

　　加州理工学院物理学教授拉纳·阿迪卡里博士为LIGO作出了贡献。他也认为，学习如何通过冷却来限制振动，将在未来的引力波探测器中发挥重要作用。

　　阿迪卡里说：“(这项研究)最有趣的部分是他们如何能够把温度降得如此之低，并保持如此低的加速度噪音。未来(在低温条件下)运行的引力波探测器将需要以这项研究为基础。能够在如此低的温度下运行，几乎可以消除我们所面临的所有难以应付的热力学噪声源。”

　　虽然奥斯特坎普的工作可能尚未为测量量子引力铺平道路，但阿迪卡里表示，这很可能是将揭开这一改变世界的科学发现的众多拼图之一。

　　阿迪卡里说：“这项研究是一个很好的例子，说明了实验独创性如何能够以一种全新的方式对宇宙进行测量。通往量子引力的道路将由灵敏度越来越高的实验来铺就。”（编译/张琳）