引力子存在嗎？科學家在合併的黑洞中尋找答案

撰文 |?查利·伍德（Charlie Wood）

翻譯 |?董子晨曦

當觀察距離足夠近時，萬物皆可粒子化。樹木是由大量夸克構成的，太陽光其實是由光子匯聚而成的，就連手機的功能也是基於電子流動產生的。物理學家已經探測到了組成物質、光線以及大部分作用力的微粒，但是，至今也沒有實驗能夠探測到構成引力的顆粒。

大多數物理學家認為引力源於基本粒子，但這些無質量的「引力子」與已知粒子間的作用力太過微弱，以至於無法被探測到。為了證實引力子的存在，一些理論學家提出，可以在發生劇烈引力事件的地點附近進行搜尋。比如，在兩個黑洞合併的地方，可能聚集了大量的引力子。

《物理評論快報》（Physical Review Letters）發表的一項研究分析指出，這種「毀天滅地」級別的事件或許真的能揭開引力子的神秘面紗。

有能量的地方就會有引力。加利福尼亞州立大學（California State University）的物理學家道格拉斯·辛格爾頓（Douglas Singleton，並未參與這項研究）介紹說，光子好比無質量的光能傳輸包，在某些罕見的情況下，光子能夠自發地轉化為引力子。引力子反過來也能轉換為光子。

新的分析提出了一種新機制，引力子能釋放出的光子數量極為巨大，可能比之前研究中預估的數量多出數百億倍。因此，觀察這個過程或許更容易確認引力子的存在。

加利福尼亞大學聖芭芭拉分校物理學家雷蒙德·索耶（Raymond Sawyer，這項研究的作者）表示：「在黑洞合併的附近有很強的引力作用，基於對這個過程的計算，我們已經快要得到相關的原始估值了。」

早期研究表明，其他無質量粒子在大量存在時會突然改變自身狀態（稱為量子破碎現象），索耶藉助計算機模型研究了引力子是否也遵循同樣的模式。他的模擬結果是肯定的：當引力子聚集密度足夠高，其中一些會轉變為光子。索耶介紹說：「就像風暴的形成，剛開始幾乎無跡可尋，直到暴發時才發現它的存在。」

類似黑洞合併的事件足以創造發射光子的必要條件，這些光子以波長長達數千米的電磁波形式被釋放出來。這種信號極為微弱，但在地球上也是有可能接收到的。

索耶表示，如果出現比已經觀測到的合併事件還要劇烈的事件，就有捕獲到信號的可能。科學家必須要在重重迷霧中梳理出合併事件的電磁波信號。

不過在此之前，理論學家還必須檢查模型的合理性。索耶表示，希望未來的模擬能夠在更接近現實的模型中證明，劇烈引力事件中可以出現光子暴發的現象，因為劇烈引力事件中引力子的互相擾動更為錯綜複雜。辛格爾頓對此表示贊同，解決這個問題需要更加強勁的算力：當前的分析過程是「令人髮指的簡化」，得先讓人們對此感興趣，然後才去攻克繁重的計算問題。

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