引力波可能會引起時空「錯位」

迴旋的黑洞產生引力波（示意圖）。LIGO / T. Pyle

時間過得太快，人類第一次探測到引力波竟然已經是四年前的事了。2015年，LIGO首次感知到時空因遙遠深空中一對黑洞的合併而發生的波動。前不久，EHT就已經直接拍攝到了黑洞的外貌。這兩者之間雖然沒有直接關聯，但也不免讓人感慨，人類的科技發展竟然如此神速。

事實上，這四年中LIGO也在不斷改進。現在，它平均每星期都會探測到一次引力波事件。那麼這麼多的引力波在宇宙中傳遞，是否會對時空產生後續影響？

4月25日發表在《物理學評論》D卷上的一篇論文認為，時空會留下某種對引力波的「記憶」，亦即引力波會導致所經時空在較長一段時間內發生改變。

這種改變比引力波本身要微弱得多，但會在較長時間內存在。時空中的物體可能會因此發生空間上的位移，而不同地點的時間也有可能因此不同步。在地球表面兩處不同的地點，時間流逝的速度有可能會變得不一樣。

LIGO引力波天文台漢福德觀測站。LIGO Scientific Collaboration

這種改變非常微小，一般很難檢測出來。但也不是沒有辦法。最可行的方法，是觀察現有引力波感測器中反射鏡的微小位移。

當前的引力波檢測方式，是基於一條十分穩定同時又非常長的激光束。引力波的經過，會導致激光束髮生微弱顫動，從而被感測器捕捉到。

引力波留下的時空位移雖然比引力波本身還要微弱，但是日積月累，就會導致感測器的反射鏡發生可感的偏差。通過數學模型，我們可以預知反射鏡在引力波經過後會發生多少偏差。

除了這個方法，我們還可以通過觀察原子鐘的讀數和粒子的自旋，來感知這種長期效應。

分置兩處的原子鐘在被引力波掃過後會因時間膨脹效應而發生偏差，一處走得慢，一處走得快。時間讀數上的差異能夠反映本地宇宙對引力波的「記憶」。

自旋的粒子在引力波掃過後也會改變行為方式。我們可以在封閉容器內，測量一組粒子的自旋速度和方向，引力波掃過後再進行測量，兩次結果之間的差異就是時空對引力波的「記憶」。

研究時空中的引力波「記憶」，亦即那些因引力波而發生的時空「錯位」，可能會成為引力波研究中的一個新方向。感興趣的朋友可以閱讀參考鏈接中的論文。

質量能夠彎曲時空。質量越大，彎曲得越厲害。因此當擁有質量的物體在時空中運動時，就能夠攪動時空，產生引力波。T. Pyle / Caltech / MIT / LIGO Lab

參考：

Persistent gravitational wave observables: General framework

https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.99.084044

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！