科学家提出用“扭曲”的激光制造引力波，或可开启通信的新时代

本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

文 | 陈强

广义相对论认为，任何有质量的物体在加速运动时，都会在时空中产生涟漪，从所在的位置以光速向外传播，这种时空的涟漪就是引力波。

然而，大多数物体产生的引力波都极其微弱，只有那些剧烈的天文事件，比如黑洞或中子星的合并，才能产生足够强的可被我们观测到的引力波。2015 年 9 月，人类借助激光干涉引力波天文台（LIGO）首次直接探测到引力波，但当它们传到地球上时，引力波造成的时空变化，其幅度仅仅是一个原子核直径的千分之一。

因此，在实验室里创造引力波，似乎是一件难以想象的事情。但是，根据最近的一篇预印本论文，有一个研究小组正在制定一个方案，使之成为可能。

用激光来制造引力波

预印本论文的作者之一，法国格勒诺布尔-阿尔卑斯大学的物理学家基利・安马蒂诺（Killian Martineau）表示，如果能在实验室里创造可控的引力波，我们就可以从中学习到很多有关引力和宇宙学的知识，比如可以用它们来检验不同的引力理论，而不必依赖于来自遥远天体的引力波信号。

他们提出的方案是，利用一束高功率的“扭曲”的激光（一种具有轨道角动量的激光）就可以产生出高频的引力波，而且这种引力波还能够被相应的仪器探测到。

但是激光怎么能创造出引力波呢？这都要归功于爱因斯坦的质能关系公式：E=mc²。质量可以产生引力和引力波，而能量是质量乘以光速的平方，所以能量也可以产生引力和引力波。就像质量与引力的关系一样，能量越高的物体产生的引力也越强，同时也会产生更强烈的引力波。

这个研究小组在理论上分析了几种非常强大的激光，比如那些用于核聚变反应堆的激光，来看看它们会产生什么样的引力波。结果表明，与黑洞合并等天文事件产生的引力波不同，激光产生的引力波会在时空中产生复杂的波模式，其频率比 LIGO 等探测器所能探测到的引力波频率高出数万亿倍。

然后，他们开始尝试找出检测这些引力波的办法。理论上，他们有两个可行的选项。一个是在附近放置一个额外的激光，它会对产生的引力波做出可检测的反应；另一个是利用磁场把这些引力波转化为光，并观察产生的光。

该研究有助于实现引力波通信

这个研究小组也表示，在实验室里制造出可探测的引力波，或许还需很多年的时间才能实现。但如果我们最终能够做到的话，还可能有助于实现引力波通信。

无线电波在通信技术中有着广泛的应用，但它们也容易受到各种因素的影响，造成信号的衰减、失真和干扰。而引力波却有着非凡的优势，因为它们能够几乎无损地穿越任何东西。这意味着，引力波不仅能够让我们观测到那些光线被遮挡的遥远天体，它们还能够成为一种全新的信息载体，让我们实现更高效的通信。例如，引力波信息可直接穿过地球从地球的一端传送到另一端，从而实现快速的信息传递。

当然，这一切都还只是理论上的可能，要实现真正的引力波通信，还有很长的路要走。

参考文献：

• https://arxiv.org/abs/2309.04191

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