引力子存在吗?
来源:环球科学
发布时间:2020-07-01
浏览次数:774
物理学家已经探测到了组成物质、光线以及大部分作用力的微粒,但是,至今也没有实验能够探测到构成引力的颗粒。 

 

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撰文 | 查利·伍德(Charlie Wood)

翻译 | 董子晨曦

 

当观察距离足够近时,万物皆可粒子化。树木是由大量夸克构成的,太阳光其实是由光子汇聚而成的,就连手机的功能也是基于电子流动产生的。物理学家已经探测到了组成物质、光线以及大部分作用力的微粒,但是,至今也没有实验能够探测到构成引力的颗粒。

 

大多数物理学家认为引力源于基本粒子,但这些无质量的“引力子”与已知粒子间的作用力太过微弱,以至于无法被探测到。为了证实引力子的存在,一些理论学家提出,可以在发生剧烈引力事件的地点附近进行搜寻。比如,在两个黑洞合并的地方,可能聚集了大量的引力子。

 

《物理评论快报》(Physical Review Letters)发表的一项研究分析指出,这种“毁天灭地”级别的事件或许真的能揭开引力子的神秘面纱。

 

有能量的地方就会有引力。加利福尼亚州立大学(California State University)的物理学家道格拉斯·辛格尔顿(Douglas Singleton,并未参与这项研究)介绍说,光子好比无质量的光能传输包,在某些罕见的情况下,光子能够自发地转化为引力子。引力子反过来也能转换为光子。

 

新的分析提出了一种新机制,引力子能释放出的光子数量极为巨大,可能比之前研究中预估的数量多出数百亿倍。因此,观察这个过程或许更容易确认引力子的存在。

 

加利福尼亚大学圣芭芭拉分校物理学家雷蒙德·索耶(Raymond Sawyer,这项研究的作者)表示:“在黑洞合并的附近有很强的引力作用,基于对这个过程的计算,我们已经快要得到相关的原始估值了。”

 

早期研究表明,其他无质量粒子在大量存在时会突然改变自身状态(称为量子破碎现象),索耶借助计算机模型研究了引力子是否也遵循同样的模式。他的模拟结果是肯定的:当引力子聚集密度足够高,其中一些会转变为光子。索耶介绍说:“就像风暴的形成,刚开始几乎无迹可寻,直到暴发时才发现它的存在。”

 

类似黑洞合并的事件足以创造发射光子的必要条件,这些光子以波长长达数千米的电磁波形式被释放出来。这种信号极为微弱,但在地球上也是有可能接收到的。

 

索耶表示,如果出现比已经观测到的合并事件还要剧烈的事件,就有捕获到信号的可能。科学家必须要在重重迷雾中梳理出合并事件的电磁波信号。

 

不过在此之前,理论学家还必须检查模型的合理性。索耶表示,希望未来的模拟能够在更接近现实的模型中证明,剧烈引力事件中可以出现光子暴发的现象,因为剧烈引力事件中引力子的互相扰动更为错综复杂。辛格尔顿对此表示赞同,解决这个问题需要更加强劲的算力:当前的分析过程是“令人发指的简化”,得先让人们对此感兴趣,然后才去攻克繁重的计算问题。

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