“引力子存在吗？科学家把难题交给了黑洞合并”

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科学技术日报记者的盛利

一个苹果击中了牛顿的头，于是牛顿发现了万有引力定律。 这个传说大家一定听说过。 苹果落下，天体大得相互吸引，宇宙重力无处不在。 在量子力学中，我们“熟知”的无形引力，可能由粒子构成。

最近发表在物理评论快报上的研究表明，在两个黑洞合并引起的引力波撞击中，可以通过观测引力子转变为光子的现象来寻找引力子。 什么是引力子？ 引力波的碰撞如何帮助寻找引力子？ 说明引力子的存在对我们来说有什么意义。 最近，科技日报记者就上述问题采访了相关专家。

“三缺一”的相互作用粒子

什么是引力子？

“宇宙有电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用、万有引相互作用四种相互作用。 科学家们推测，这些相互作用力是由信使介质粒子传播的。 电磁力从光子传播，弱相互作用的介质粒子是中间粒子，强相互作用的介质粒子是胶体。 所以，如果引力可以量子化，其介导粒子就是我们所说的引力子。 ”。 重庆邮电大学理工学院博士余耀说。

1913年，爱因斯坦提出重力场论，认为具有质量的物体周围存在重力场，重力场通过引力波传播，引力波的传输介质是引力子。 年，人类在两个黑洞碰撞合并的过程中首次直接检测到引力波，爱因斯坦在广义相对论中证实了引力波的预言。 但是直到现在，人们仍然没有找到引力子。

为什么引力子这么难？

“实际观测中，很难比较有效地检测重力的量子效应”重庆邮电大学理学部副教授潘宇准向科技日报记者表示，目前其他三种相互作用的传播粒子已经被证实，但引力的量子效应尚未被检测出来，因此至今没有直接的证据能够说明其存在

如果引力由引力子构成，引力子是如何“从事”的？

“在量子理论的框架下，所有的力量都通过‘信使’传播动量和能量，这些‘信使’是与力量对应的传递子。 从宏观角度看，重力的作用可以改变物体的动量和能量。 对应的微观理论是，物体根据引力子是“吃”还是“吐出”来改变动量和能量。 ”。 四川大学物理学院教授王鹏提出了形象的比喻。

黑洞就是那个“老朋友”

在黑洞中寻找引力子，其实并不新鲜。

普林斯顿大学的物理学家托尼·罗斯曼和哈佛大学福德学院的史蒂芬·伯恩提出利用黑洞寻找引力子。

黑洞不是“贪婪”的猛兽。 根据霍金辐射理论，黑洞因向外辐射而失去质量。 根据罗曼和伯恩的计算，霍金辐射的1%表现为引力子。 他们说，最有可能发现引力子的是在宇宙大爆炸时的极端条件下形成的微黑洞。 但是，在宇宙演化的过程中，小质量黑洞的霍金辐射逐渐减弱，很难用这些微弱的信号来寻找引力子。

在这次最新的研究中，加州大学圣巴巴拉分校的物理学家雷蒙德·索亚提出了在某些特定情况下引力子可以转换成大量光子的新机制。

初步研究表明，当其他无质量粒子大量存在时，其自身状态会突然发生变化(称为量子破碎现象)，索耶利用计算机模型研究了引力子是否遵循同样的模式。 其模拟结果肯定了引力子凝聚密度足够高时，其中一点会变化为光子。

但是，引力子转换为光子寻找引力子存在的证据并不容易。 理论上引力子可以转换为光子，但其概率很小。 如何在实验室“创造”这个小概率的事情，提高引力子向光子的转换效率，成为了重要的因素。

为此，索亚建立了模拟两个黑洞合并时引力波碰撞的简化模型。 该模型的预测结果表明引力波的碰撞会产生大量的射频光子。 在这个变换过程中，越强的引力波意味着所需的时间越长，观测时间也越多，通过这种观测，引力子存在的可能性就越大。

与暗能量有关

为什么难找的引力子很受科学家欢迎？

20世纪90年代后期，天文学家发现宇宙在加速膨胀。 解释了这一现象，科学家提出宇宙中暗能量会加速膨胀宇宙。 但根据理论，暗能量应该远远大于天文学家目前观测到的宇宙膨胀加速现象所需的能量。 但是，如果宇宙按照这个“剧本”前进，在恒星和银河形成之前就会变得分崩离析。 我们现在还没事，显然这个推测不符合实际。