在桌子上探測引力波

秦歌

宇宙是如何產生的，它將變成什么樣子？未來，解開這個終極謎題的線索可能會出現在你的桌面上。

根據廣義相對論，星體在宇宙之海中就如一塊掉入水中的石頭，宇宙中第一批恒星之間發(fā)生了劇烈的碰撞與分離，在宇宙之海中激起一波波的漣漪。從此，這些漣漪就在整個宇宙中四散傳播，而它們就是我們要找的引力波。如果我們能在茫茫宇宙之海中找到百億年前就已經誕生的引力波，就能從中了解宇宙的開端。

但這么難找的東西勢必要用巨大的“眼睛”才能找到，1991年，第一臺全天候監(jiān)測引力波的儀器開始建造，最終耗時9年才建造完成。“監(jiān)視器”是造好了，但是嚴格的要求使得它在建成后的幾十年里，也不過檢測到寥寥幾次引力波：這個大塊頭耗資不菲，初次建造花了3.65億美元，所需要的空間也不小，平均有16平方千米，約為2250個足球場的大小。在這么大的區(qū)域內，還要盡可能地減少人為干擾，最好人跡罕至。

怎樣才能提高監(jiān)視器的效率呢？答案不過是多造幾個監(jiān)視器。但是，建許多個“大塊頭”是不現實的，因此想法雖簡單卻還沒能實現。直到最近，科學家們終于能夠制造桌面大小的引力波探測器了，未來，解開宇宙之謎的引力波的發(fā)現者很可能正是在看雜志的各位。

大型引力波探測器中最大的部分就是“長臂”了，而它之所以建得這么大這么長，是為了同時監(jiān)視更大的地方，也是為了營造一個更大的真空室，容納實驗用到的所有的光學器件，使微弱的引力波不被干擾。但其實，確定引力波的存在不一定要檢測所有的粒子，檢測到一個粒子即可，這是美國馬里蘭大學巴爾的摩郡分校的物理學家托馬斯·史密斯的想法。

他的想法依據的是光的衍射，當光線穿過狹縫時，在狹縫的擠壓下，光波會被“分解”成一個個光子，在屏幕上投射出深淺不一的條紋圖案。即使是非常微弱的引力波粒子碰撞到這些光子，也可能會把光子“撞倒”，從而使條紋圖案發(fā)生可被檢測到的變化，這樣，不需要大型的探測器和真空室，就可以“捕捉”到路過的引力波了。

依據類似的原理，英國倫敦大學學院和荷蘭格羅寧根大學等多國的研究人員用鉆石晶體建造了一個小型引力波探測器，由于鉆石僅由單一的碳原子或同位素組成，且碳原子比常見的非金屬原子如硅和鍺等都要更輕，因此非常適合作為引力波粒子和光子的撞擊現場的“見證者”。這臺探測器的臂長約為一米左右，使用的鉆石晶體重量僅有10-14克，使用這臺儀器，人們能更方便地在桌面上“監(jiān)視”引力波。

研究人員表示，制造這種探測器已經沒有任何技術障礙，許多實驗室均具有制造這種探測器的能力。也許很快，你我都將成為這場宇宙級的解密游戲的參與者。