整個宇宙。
這是環繞地球的全息投影
德國科學家試圖理解為什麽他們測量引力波的設備會接收到壹種特殊的噪音。
他們提出,整個宇宙有可能是全息投影的幻覺。
幾個月來,這種無法解釋的噪音壹直困擾著GEO 600團隊成員,也折磨著他們巨大的探測器。
然而,出乎意料的是,壹位研究人員差點用壹個理論來解釋它們。事實上,在他知道這些噪音被探測到之前,他就預測到了它們的存在。
克雷格·霍根(Craig Hogan)稱,GEO 600意外發現了時空的基本原理。時空的最終奇點如愛因斯坦所描述的那樣是平滑連續的,坍縮成壹個“顆粒”,就像妳放大時報紙圖片縮小到壹個點。他是伊利諾伊州巴達維亞費米實驗室離子物理實驗室的物理學家。霍根說:“似乎時空的微量子振動正在幫助GEO 600克服困難。”
剛剛被任命為費米實驗室粒子天體物理中心主任的霍根說,“如果這些東西沒有打動妳,那會有更大的震撼。如果GEO 600的結果與我的猜測壹致,那麽我們就生活在壹個巨大的宇宙全息投影中。
我們生活在全息投影中的想法聽起來可能很荒謬,但這是我們對黑洞最佳理解的自然推論,它有著相當嚴謹的理論基礎。這個想法對於物理學家理解宇宙如何在最基本的層面上運作也是驚人的。
妳在信用卡和鈔票上看到的全息投影是蝕刻在二維塑料薄膜上的。
當光線在塑料薄膜上反射時,會呈現出3D圖像。在1990年,物理學家李奧納特·蘇士侃和諾貝爾獎獲得者傑拉德·t·胡夫特曾經猜測,作為壹個整體,同樣的原理可能適用於整個宇宙。我們的日常經驗可能只是發生在遙遠的二維平面上的物理過程的全息投影。
克雷格·霍根是芝加哥大學的天文學和物理學教授,也是費米實驗室粒子天體物理學中心的主任。
他因“全息噪聲”理論而廣為人知,該理論可能意味著空間中量子位置的起伏會產生可測量的背景噪聲或全息噪聲,尤其是GEO 600。
GEO 600是壹個位於德國Sarstedt附近的引力波探測器。
這個裝置和它的姐妹幹涉儀壹樣,是有史以來設計的最靈敏的引力波探測器之壹。它們被設計用來測量距離的相對變化,精度為1/10?21大約是壹個原子的大小與太陽到地球的距離之比。GEO 600可以測量50Hz到1.5 kHz頻率範圍內的引力波。
本工程始於1995。
引力波天文臺壹起工作
探測時空中的波離現實又近了壹步,現在世界上最靈敏的天文臺聯合起來了。合作增加引力波在未來四年被探測到的概率。
引力波是由於“時空”中劇烈的天文事件,如超新星爆炸、黑洞和中子星的合並,而產生的以光速傳播的波。
科學家們已經建造了靈敏的實驗設備來探測這種波。
使用激光,他們可以測量到鏡子內有兩個相互成直角的測試懸臂。引力波可以減少壹個懸臂之間的距離,增加隧道另壹邊的距離。雖然數值很小,但理論上是可以測量的。
現在,世界各大引力波天文臺聯合起來,增加探測到引力波的概率。
* * *聯合了激光幹涉引力波天文臺(LIGO),位於華盛頓州漢福德(美國華盛頓州南部重要的原子能研究中心)和路易斯安那州利文斯頓;處女座天文臺,位於意大利比薩附近;GEO 600天文臺位於德國漢諾威附近。三個觀測站將整合並分析各自的數據,以增加發現微弱信號的機會。這些信號可能隱藏在檢測到的噪聲中。”紐約州雪城大學的LIGO科學家彼得·索爾森說。
集中的數據也使三角測量成為可能,這樣就可以確定探測到的引力波的來源。
到目前為止還沒有探測器探測到引力波,所以用現在的天文臺很難計算出探測到引力波的概率。
壹對相鄰行星的合並和聚合是可以測量的,但天文學家不確定這種事件的概率。超新星的坍縮也會產生引力波,但物理學家對這種波的強度非常不確定。
然而,天文學家很好地掌握了兩顆中子星合並產生引力波的概率和強度。
他們相信LIGO可以探測到5000萬光年外這類事件的發生。然而,在LIGO能探測到的範圍內還沒有發現這種事件。
"壹連串的事件"
LIGO的改進版,叫做LIGO(先進的LIGO,可以將中子星合並的探測範圍擴大到6.5億光年——“距離足夠了,所以我們真的期待通過壹年的觀測探測到壹系列事件。”索爾森對《新科學家》說。
如果美國國家科學基金會2008年預算獲得批準,升級的準備工作將於2008年開始,預算包括升級和加強LIGO所需的3300萬美元。
“但是這次升級要到2014才能完成。並校對和測試至少兩年,可能需要使用後才能開始科學探索。”索爾森說。
在LIGO因升級而關閉之前,LIGO和另外兩個天文臺齊新壹起工作,以增加探測到引力波的概率。如果資金按計劃到位,LIGO將於2010或2011提前休市。
靈敏度升級
“在數據共享開始之前,處女座需要在配件上做壹些改進,以達到和LIGO壹樣的靈敏度。”Carlo Bradaschia說他是意大利比薩國家核物理研究所(INFN)處女座天文臺的科學家。
“最有可能的是,從5月份開始,我認為我們將能夠達到LIGO(精確度),並開始有效地享受數據。”他對“新科學家”說。
LIGO和處女座更先進的升級計劃是在2008年,LIGO和處女座的敏感度將分別提高壹倍。
另壹個名為空間天線激光幹涉儀(LISA)的引力波天文臺已經投入使用,直到下壹個十年。
空間天線激光幹涉儀
美國國家航空航天局和歐洲航天局有著相同的使命,很容易感覺到頻率範圍與其他陸基觀測站不同。
引力波可能在小於1 Hz的頻率下被探測到,這樣就可以探測到其他星系中心超重黑洞的合並。