據(jù)英國(guó)每日郵報(bào)報(bào)道，時(shí)空織布里的漣漪或可以揭示宇宙在140億年前是如何產(chǎn)生的，然而尋找這些名為“引力波”的漣漪卻一直難以捉摸。現(xiàn)在美國(guó)科學(xué)家們聲稱(chēng)他們發(fā)現(xiàn)了改善用于檢測(cè)宇宙大爆炸的引力波的探測(cè)器的方法。

?宇宙大爆炸殘留的引力波

美國(guó)加州理工學(xué)院的研究人員表示他們發(fā)現(xiàn)了在一個(gè)相對(duì)大的物體里觀察和控制某種名為“量子運(yùn)動(dòng)”的方法。在量子力學(xué)里，主導(dǎo)物質(zhì)和光行為的原則發(fā)生在原子規(guī)模，沒(méi)有完全處于休息狀態(tài)的。“在過(guò)去幾年里，我的研究小組和全世界其它幾個(gè)科研小組了解了如何冷卻微米級(jí)別物體的運(yùn)動(dòng)，從而在底部產(chǎn)生這種狀態(tài)，或者稱(chēng)為量子基態(tài)。”加州理工學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)教授基思·施萬(wàn)布(Keith Schwab)這樣說(shuō)道。

?量子基態(tài)

“但是我們知道，即使在量子基態(tài)，在零度的溫度下，仍會(huì)產(chǎn)生微小的波動(dòng)，或者噪聲。” 理論上來(lái)說(shuō)量子運(yùn)動(dòng)或者噪聲是所有物體運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在部分，它可以擺脫用于測(cè)量引力波的敏感探測(cè)器。施萬(wàn)布和他的同事設(shè)計(jì)了一款設(shè)備，使得他們可以觀察到這個(gè)噪聲并操控它。

這個(gè)微米級(jí)別的設(shè)備是由一個(gè)位于硅表面上方的靈活鋁盤(pán)組成的。這個(gè)鋁盤(pán)被偶聯(lián)到一個(gè)超導(dǎo)電路，后者每秒振動(dòng)350萬(wàn)次。根據(jù)經(jīng)典力學(xué)定律，如果被冷卻到基態(tài)，振動(dòng)結(jié)構(gòu)最終將達(dá)到完全的停止?fàn)顟B(tài)。但是當(dāng)施萬(wàn)布和他的同事在實(shí)驗(yàn)里將彈簧冷卻到基態(tài)時(shí)，他們所觀察到的結(jié)果卻并非如此：他們發(fā)現(xiàn)參與的能量-量子噪音仍然存在。

?能量-量子噪音仍然存在

“這個(gè)能量是自然量子描述的一部分，你無(wú)法剔除它。” 施萬(wàn)布說(shuō)道。“我們都知道量子力學(xué)精確的揭示了電子的行為為何如此怪異。在這里，我們將量子力學(xué)應(yīng)用到相對(duì)大的東西上，也就是一個(gè)你可以在光學(xué)顯微鏡下看到的設(shè)備，然后我們?cè)趲兹f(wàn)億個(gè)原子里觀察到這個(gè)量子效應(yīng)。”

然后，研究人員發(fā)明了一種方法操控內(nèi)在的量子噪聲，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以將它周期性的減少。“描述噪聲或者運(yùn)動(dòng)有兩個(gè)主要的變量，” 施萬(wàn)布解釋道。“我們的研究展示了我們其實(shí)可以讓其中一個(gè)變量的波動(dòng)變得更小——代價(jià)是讓另一個(gè)變量的量子波動(dòng)變得更大。這就是所謂的量子壓縮態(tài)，我們?cè)谝粋€(gè)方面壓縮噪聲，但是這種壓縮導(dǎo)致噪聲在其它地方噴射出來(lái)。但只要這些更多噪聲的地方不是你需要進(jìn)行測(cè)量的地方，那就無(wú)所謂。”

控制量子噪聲的能力或?qū)⒂幸惶毂挥糜谔岣叻浅Ｃ舾械臏y(cè)量的精確度，例如在雷射干涉儀重力波觀測(cè)站(Laser Interferometry Gravitational Wave Observatory, 簡(jiǎn)稱(chēng)LIGO)進(jìn)行的測(cè)量。它被由加州理工學(xué)院和麻省理工學(xué)院帶領(lǐng)的研究項(xiàng)目用于搜尋時(shí)空織布里的漣漪引力波。

“我們一直在思考使用這些方法檢測(cè)脈沖星發(fā)出的引力波，脈沖星是異常密集的恒星，它的質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)，但卻被壓縮成半徑只有10千米，每秒旋轉(zhuǎn)10至100次。在二十世紀(jì)七十年代，加州理工學(xué)院的物理學(xué)家基普?索恩（Kip Thorne）等人在發(fā)表的文章中表示，這些脈沖星應(yīng)該以近周期性的頻率發(fā)射引力波，” 施萬(wàn)布說(shuō)道。“所以我們一直在思考如何將這些這些方法應(yīng)用在小規(guī)模物體上，以減少探測(cè)器里的量子噪聲，從而增加接收這些引力波的敏感性。”

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，目前的設(shè)備必須被放大。“我們的工作旨在檢測(cè)越來(lái)越大規(guī)模的量子力學(xué)，有朝一日，我們希望這將最終開(kāi)始檢測(cè)到某些大至引力波的龐然大物。”這項(xiàng)研究被發(fā)表在期刊《科學(xué)》上。

來(lái)源：鳳凰科技 作者：嚴(yán)炎劉星/編譯