引力波被稱之為(wei) 時空的漣漪，通常與(yu) 黑洞等大質量天體(ti) 有關(guan) ，但我們(men) 也可在實驗室裏用激光製造出引力波，甚至能用它們(men) 來傳(chuan) 遞信息。

文 | 陳強

廣義(yi) 相對論認為(wei) ，任何有質量的物體(ti) 在加速運動時，都會(hui) 在時空中產(chan) 生漣漪，從(cong) 所在的位置以光速向外傳(chuan) 播，這種時空的漣漪就是引力波。

然而，大多數物體(ti) 產(chan) 生的引力波都極其微弱，隻有那些劇烈的天文事件，比如黑洞或中子星的合並，才能產(chan) 生足夠強的可被我們(men) 觀測到的引力波。2015 年 9 月，人類借助激光幹涉引力波天文台（LIGO）首次直接探測到引力波，但當它們(men) 傳(chuan) 到地球上時，引力波造成的時空變化，其幅度僅(jin) 僅(jin) 是一個(ge) 原子核直徑的千分之一。

因此，在實驗室裏創造引力波，似乎是一件難以想象的事情。但是，根據最近的一篇預印本論文，有一個(ge) 研究小組正在製定一個(ge) 方案，使之成為(wei) 可能。

用激光來製造引力波

預印本論文的作者之一，法國格勒諾布爾-阿爾卑斯大學的物理學家基利・安馬蒂諾（Killian Martineau）表示，如果能在實驗室裏創造可控的引力波，我們(men) 就可以從(cong) 中學習(xi) 到很多有關(guan) 引力和宇宙學的知識，比如可以用它們(men) 來檢驗不同的引力理論，而不必依賴於(yu) 來自遙遠天體(ti) 的引力波信號。

他們(men) 提出的方案是，利用一束高功率的“扭曲”的激光（一種具有軌道角動量的激光）就可以產(chan) 生出高頻的引力波，而且這種引力波還能夠被相應的儀(yi) 器探測到。

但是激光怎麽(me) 能創造出引力波呢？這都要歸功於(yu) 愛因斯坦的質能關(guan) 係公式：E=mc²。質量可以產(chan) 生引力和引力波，而能量是質量乘以光速的平方，所以能量也可以產(chan) 生引力和引力波。就像質量與(yu) 引力的關(guan) 係一樣，能量越高的物體(ti) 產(chan) 生的引力也越強，同時也會(hui) 產(chan) 生更強烈的引力波。

這個(ge) 研究小組在理論上分析了幾種非常強大的激光，比如那些用於(yu) 核聚變反應堆的激光，來看看它們(men) 會(hui) 產(chan) 生什麽(me) 樣的引力波。結果表明，與(yu) 黑洞合並等天文事件產(chan) 生的引力波不同，激光產(chan) 生的引力波會(hui) 在時空中產(chan) 生複雜的波模式，其頻率比 LIGO 等探測器所能探測到的引力波頻率高出數萬(wan) 億(yi) 倍。

然後，他們(men) 開始嚐試找出檢測這些引力波的辦法。理論上，他們(men) 有兩(liang) 個(ge) 可行的選項。一個(ge) 是在附近放置一個(ge) 額外的激光，它會(hui) 對產(chan) 生的引力波做出可檢測的反應；另一個(ge) 是利用磁場把這些引力波轉化為(wei) 光，並觀察產(chan) 生的光。

該研究有助於實現引力波通信

這個(ge) 研究小組也表示，在實驗室裏製造出可探測的引力波，或許還需很多年的時間才能實現。但如果我們(men) 最終能夠做到的話，還可能有助於(yu) 實現引力波通信。

無線電波在通信技術中有著廣泛的應用，但它們(men) 也容易受到各種因素的影響，造成信號的衰減、失真和幹擾。而引力波卻有著非凡的優(you) 勢，因為(wei) 它們(men) 能夠幾乎無損地穿越任何東(dong) 西。這意味著，引力波不僅(jin) 能夠讓我們(men) 觀測到那些光線被遮擋的遙遠天體(ti) ，它們(men) 還能夠成為(wei) 一種全新的信息載體(ti) ，讓我們(men) 實現更高效的通信。例如，引力波信息可直接穿過地球從(cong) 地球的一端傳(chuan) 送到另一端，從(cong) 而實現快速的信息傳(chuan) 遞。

當然，這一切都還隻是理論上的可能，要實現真正的引力波通信，還有很長的路要走。

參考文獻：https://arxiv.org/abs/2309.04191