淺草

引力波是一個(gè)世紀(jì)前由愛(ài)因斯坦預(yù)言的一種波。根據(jù)他的廣義相對(duì)論，引力是時(shí)空本身的彎曲，因此引力波就是時(shí)空受引力影響而發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生的一種波動(dòng)。當(dāng)宇宙中兩個(gè)致密的天體，如黑洞、中子星或白矮星發(fā)生碰撞、合并時(shí)，都會(huì)發(fā)射強(qiáng)烈的引力波，引起周?chē)鷷r(shí)空的劇烈波動(dòng)。

引力波遇到一個(gè)物體，就會(huì)使這個(gè)物體發(fā)生變形。譬如一個(gè)正方體，若受到從某一方向傳來(lái)的引力波，它在這一方向上的尺寸就要發(fā)生變化，于是它不再是嚴(yán)格的正方體。反之，只要觀察到了這種變形，就說(shuō)探測(cè)到了引力波。但是那些能產(chǎn)生引力波的天體都離我們實(shí)在太遙遠(yuǎn)了，等引力波傳到地球，信號(hào)已變得非常微弱，所以引力波是不容易探測(cè)到的。

龐大、精密的引力波探測(cè)器

目前，要在地球上直接探測(cè)引力波，需借助于龐大、精密的設(shè)備。典型的裝置是引力波激光干涉儀。其原理是：引出一束激光，經(jīng)過(guò)一塊半透明的鏡子之后，分成了兩束，一束穿透鏡子，沿原方向傳播，另一束則被反射到垂直的路徑上。兩束激光在各自的路徑上經(jīng)多次反射之后，又匯聚于一點(diǎn)，在匯聚點(diǎn)發(fā)生干涉。

干涉所得到的圖案則取決于兩束激光走過(guò)的距離差。舉個(gè)極端的例子：若距離差為零，說(shuō)明兩束激光走過(guò)相等的距離，它們的步調(diào)保持一致，那么干涉時(shí)中央就是一個(gè)亮斑。當(dāng)引力波傳來(lái)，引起空間微弱的伸縮，兩束激光走過(guò)的距離差就會(huì)隨之改變，這一改變將引起干涉圖案發(fā)生變化。

引力波激光干涉儀是非常敏感的。比如說(shuō)，在地球到太陽(yáng)這么長(zhǎng)的距離之內(nèi)，哪怕發(fā)生了僅相當(dāng)于一個(gè)原子尺寸的變化，它們都能探測(cè)到。另一方面，它們又是非常龐大的。例如德國(guó)的一個(gè)引力波激光干涉儀，坐落于兩條相互垂直的隧道中，隧道各長(zhǎng)4千米。計(jì)劃中建造的新的引力波探測(cè)裝置，可能還要?jiǎng)佑脭?shù)顆人造衛(wèi)星。

愛(ài)因斯坦-玻色凝聚來(lái)幫忙

不過(guò)，有項(xiàng)技術(shù)也能達(dá)到同樣的精度，而使用的設(shè)備，不比一張普通桌子大。其所依據(jù)的原理是愛(ài)因斯坦自己半個(gè)多世紀(jì)前提出的另一個(gè)現(xiàn)象，即玻色-愛(ài)因斯坦凝聚（簡(jiǎn)稱(chēng)玻愛(ài)凝聚）。

我們知道，微觀粒子都是有自旋的，自旋是一種量子特性。一個(gè)粒子的自旋值，只能取普朗克常數(shù)的整數(shù)倍或半整數(shù)倍，如0、1/2、1、3/2……個(gè)普朗克常數(shù)。自旋為整數(shù)的叫玻色子;自旋為半整數(shù)的叫費(fèi)米子。有趣的是，玻色子和費(fèi)米子在集體行為上的表現(xiàn)卻大相徑庭。簡(jiǎn)單地說(shuō)，玻色子喜歡“扎堆”，費(fèi)米子喜歡“獨(dú)處”。當(dāng)許多玻色子聚在一起，步調(diào)一致地行動(dòng)時(shí)，我們就稱(chēng)發(fā)生了“玻愛(ài)凝聚”。

對(duì)于原子，在通常溫度下，由于受熱運(yùn)動(dòng)的干擾，玻愛(ài)凝聚是不容易發(fā)生的。1995年，科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了在極低溫下氣態(tài)銣原子的玻愛(ài)凝聚：當(dāng)溫度降低到10-7K時(shí)，一大群銣原子聚在一起，表現(xiàn)得就像一個(gè)量子物體。在此情況下，若稍有擾動(dòng)，原子團(tuán)中就會(huì)產(chǎn)生一種可觀察的振動(dòng)。

科學(xué)家最近證明，處于玻愛(ài)凝聚態(tài)的原子團(tuán)，可以用來(lái)探測(cè)引力波。

這些原子是被周?chē)S多束激光困在一個(gè)“陷阱”里才實(shí)現(xiàn)玻愛(ài)凝聚的。先前的實(shí)驗(yàn)已證明，改變這口“陷阱”的尺寸或形狀，即可對(duì)里面處于凝聚態(tài)的原子團(tuán)產(chǎn)生干擾，形成振動(dòng)。若有引力波傳來(lái)，由于它是空間本身的一種波動(dòng)，那么它就可能對(duì)“陷阱”的尺寸或形狀產(chǎn)生影響，我們?cè)谠訄F(tuán)中就能探測(cè)到振動(dòng)，從而證實(shí)引力波的存在。

當(dāng)然了，這種裝置太敏感了，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)我們要排除外界的一切干擾。