量?引?的線索可能隱藏在?洞發(fā)出的“鈴聲”中

在物理學(xué)的四種基本力中，重力是我們在日常生活中最熟悉的一種，但它也是目前唯一不能用量子物理學(xué)解釋的一種。現(xiàn)在，科學(xué)家們已經(jīng)制定了一項計劃，通過監(jiān)聽碰撞黑洞的“鈴聲”，在宇宙中尋找量子引力的跡象。

四種基本力中的三種——電磁力、弱核力和強(qiáng)核力可以被描述為場，并由特定粒子攜帶。例如，電磁力是由光子攜帶的，并產(chǎn)生電場和磁場。

然而，引力不能以這種方式解釋。目前，我們擁有的最佳模型是愛因斯坦的廣義相對論，但在某些情況下——比如在黑洞附近這一理論會崩潰，表明它是不完整的。幾十年來，科學(xué)家們一直在尋找一種量子引力理論，它將用一種被稱為引力子的假想粒子所攜帶的量子力學(xué)效應(yīng)來解釋這種力量，但到目前為止，證據(jù)還沒有被我們找到。

現(xiàn)在，一對新的研究概述了天體物理學(xué)家如何在未來幾年尋找線索。引力波是時空結(jié)構(gòu)中的漣漪，由黑洞或中子星之間的碰撞等災(zāi)難性事件產(chǎn)生，可由LIGO等觀測站探測到。研究小組表明，這些碰撞的“音調(diào)”可能暗示了與當(dāng)前模型不完全一致的物理學(xué)。

“當(dāng)兩個黑洞合并產(chǎn)生一個更大的黑洞時，最終的黑洞會像鈴鐺一樣響起來，”這兩項研究的共同作者陳雁北說。“如果某些量子引力理論是正確的，那么鈴聲的質(zhì)量，或其音色，可能與廣義相對論的預(yù)測不同。我們的方法是為了尋找這種響鈴階段的質(zhì)量差異，例如諧波和泛音”。

第一項研究提出了一個新方程，描述了黑洞在不同的量子引力理論下會如何響起。它基于理論物理學(xué)家索科羅斯基在20世紀(jì)70年代首次提出的一個方程。在第二項研究中，研究小組描述了如何將新方程應(yīng)用于LIGO獲得的數(shù)據(jù)，過濾掉背景噪音。

隨著LIGO在中斷了3年的升級后最近重新啟動，我們應(yīng)該很快就能對量子引力的想法進(jìn)行測試了。

這項研究發(fā)表在《物理評論X》和《物理評論通訊》雜志上。