引力子存在吗? 科学家把难题交给了黑洞相符并

  来源:科技日报

  一颗苹果砸到了牛顿的脑袋,于是牛顿发现了万有引力定律。想必这个传说行家都曾听过。幼到苹果着落,大到天体相互吸引,宇宙中引力无处不在。在量子力学中,吾们所“熟知”的、无形的引力,能够是由粒子构成。

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  近日,一项发外在《物理评论快报》的钻研指出,在两个黑洞相符并而导致的引力波碰撞中,能够议定不益看测引力子转化为光子的表象,来追求引力子。引力子是什么?引力波的碰撞如何协助吾们追求引力子?表明引力子的存在对于吾们有何意义?近日,记者就上述题目采访了相关行家。

  “三缺一”的相互作用粒子

  引力子是什么?

  “宇宙中存在4栽相互作用:电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用以及万有引力相互作用。科学家推想,这些相互作用都是由信使序言粒子传递的。电磁力由光子传递,弱相互作用的序言粒子是中心玻色子,强相互作用的序言粒子是胶子。因此,引力倘若能够量子化,其序言粒子就是吾们所说的引力子。”重庆邮电大学理学院博士余耀外示。

  1913年,喜欢因斯坦挑出了万有引力场论,认为任何带有质量的物体周围都存在引力场,引力场是议定引力波来传播的,而引力波的传播序言正是引力子。2016年,人类在两个黑洞碰撞、相符并的过程中,首次直接探测到引力波,喜欢因斯坦在广义相对论中关于引力波的预言已经被证实。然而时至今日,人们却没能找到引力子。

  为何引力子这么难找?

  “在实际不益看测中,难以对引力的量子效答进走有效探测。”重庆邮电大学理学院副教授潘宇向科技日报记者注释说,现在,其他三栽相互作用力的传递粒子均已被证实,但引力的量子效答还异国探测到,因此迄今仍未有能够表明其存在的直接证据。

  倘若引力是由引力子构成,那么引力子是如何“做事”的?

  “在量子理论的框架下,一切力都是议定‘信使’传递动量和能量,这些‘信使’就是力所对答的传播子。在宏不益看角度上,引力作用能够转折物体的动量和能量,所对答的微不益看理论就是,物体‘吃失踪’或‘吐出’引力子来转折其动量和能量。”四川大学物理学院教授王鹏挑出了一个形象的比喻。

  黑洞是它的“老良朋”

  在黑洞中追求引力子,其实并非稀奇事。

  美国普林斯顿大学物理学家托尼·罗斯曼和美国哈佛大学福德学院的斯蒂芬·鲍恩就曾经挑出过行使黑洞追求引力子。

  黑洞并非是只“贪得无厌”的吞噬猛兽。根据霍金辐射理论,黑洞会因向外辐射而亏损质量。根据罗斯曼和鲍恩的计算,霍金辐射中的百分之一是以引力子的形态展现。他们外示,最有能够发现引力子的地方,就是宇宙大爆炸时极端条件下形成的微型黑洞。但在宇宙演化进程中,幼质量黑洞的霍金辐射逐渐削弱,民生资讯难以倚赖这些虚弱的信号追求引力子。

  在此次最新钻研中,美国添州大学圣巴巴拉分校物理学家雷蒙德·索耶挑出了一栽新的机制,即在某些特定的情况下,引力子能够转化为大量的光子,能够比此前展望的要众出很众。

  早期钻研外明,其他无质量粒子在大量存在时会骤然转折自己状态(被称为量子破碎表象),索耶借助计算机模型钻研了引力子是否也遵命同样的模式。其模拟效果是肯定的:当引力子荟萃密度有余高时,其中一些会转折为光子。

  但议定引力子转化为光子来追求引力子存在的证据并非易事。固然从理论上来讲,引力子是能够转化为光子的,但其概率很幼。如何在实验室中“创造”这个幼概率事件,甚至挑高引力子转化为光子的效果,就成了重中之重。

  为此,索耶竖立了一个简化的模型——模拟在两个黑洞相符并时,引力波的碰撞情况。该模型的展望效果表现,引力波的碰撞能够产生大量的射电频率光子。在这一转化过程中,越强力的引力波所必要的时间就会越长,这就意味着不益看测时间也越众,议定这类不益看测证实引力子存在的能够性就越高。

  或与黑能量相关

  为何难以探寻的引力子,却备受科学家的青睐?

  20世纪90年代后期,天文学家发现宇宙正在添速膨大。为注释这一表象,科学家挑出宇宙中存在一栽黑能量驱动宇宙添速膨大。然而根据理论展望,黑能量答该比天文学家现在不益看测到的宇宙膨大添速表象所必要的能量要大得众。但倘若宇宙遵命这个“剧本”走下往,会在恒星和星系形成前就一败涂地。现在吾们照样能够坦然无恙,隐晦这一推想并不相符实际。

  2010年,美国凯斯西储大学宇宙学家克劳迪娅·德拉姆挑出了一个不益看点——倘若引力子会吞噬黑能量,那么宇宙就会以一栽“能够批准”的速度添速膨大。

  引力子不光能够协助推动黑能量的钻研,甚至有科学家疑心引力子就是黑能量。曾有人挑出,引力子的自作用在大尺度下能够有斥力项存在,这一稀奇的性质不光使得它能够行为宇宙黑物质和黑能量的候选者,同时亦能够对于注释宇宙的构成及演化首到肯定的积极作用。

  不过此次钻研只是基于理论模型的追求,距离真实不益看测到引力子还差最远。索耶也外示,想要探测引力波碰撞产生的光子信号,能够必要一个基于空间的射电天文台。王鹏外示,这项钻研的主要意义之一,在于让人们关注到引力子转化为光子这一表象。

  很众科学家都坚信,引力子的发现只是时间的题目。一旦发现,量子理论钻研将实现突破性发展。

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posted @ 20-08-27 04:02  作者:admin  阅读量:

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