连时间和空间也被影响？宇宙会“记住”每一个引力波

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宇宙会“记住”引力波？这是发表在《物理评论D》(Physical Review d)上一篇理论论文的观点，研究指出，在波经过之后，它们可能会留下一个稍微改变的区域——留下一种它们穿过的记忆。这些被研究人员称为“持久引力波可观测”的变化，甚至比引力波本身还要微弱，但这些影响将持续更长时间。物体可能会稍微移动到不合适的位置，粒子在空间中漂移的位置可能会改变。

甚至时间本身也可能会稍微不同步，在地球不同的地方以不同的速度短暂运行。这些变化是如此微小，以至于科学家几乎无法探测到它们。研究人员在论文中写道，观察这些效应最简单的方法可能是两个人“携带着小型引力波探测器”——显然这是个玩笑，因为探测器相当大。

但是研究人员可以通过一些方法来检测这些记忆。这是最明显的一个：寻找现有引力波探测器反射镜的位移。现在，科学家们可以通过建造能够远距离发射非常静止和稳定的激光束的天文台来探测引力波。

当光束轻微摆动时，这是引力波通过的信号。通过研究摆动，物理学家可以测量波。这些波来自大质量事件，比如黑洞和中子星在遥远的太空相撞。然而，当它们到达地球时，引力波几乎看不出来。它们的长期影响甚至不那么明显。但是探测器上的镜子总是被精确地测量，随着时间的推移，引力波引起的位移可能会变得如此强烈，以至于研究人员能够发现它们。研究人员提出了一个数学模型，可以预测每波经过时反射镜的位移。人类可能用来检测这些长期影响的其他方法包括原子钟和旋转粒子。

两个相距一定距离的原子钟会以不同方式体验引力波，包括它的时间膨胀效应：因为一个时钟的时间会比另一个时钟慢得多，所以它们在波经过后读数的细微差别，可能揭示了局部宇宙中对波的记忆。最后，一个微小自旋粒子可能会在波经过前后改变其行为。把它悬浮在实验室的一个房间里，测量它的旋转速度和方向；然后在波经过后再测量一次，粒子行为的差异将揭示波的另一种记忆。这篇理论论文至少为科学家们提供了一个有趣的新视角，让他们可以通过建立实验来研究引力波。

引力波记忆效应特征是由引力波的通过引起的一对初始碰撞试验粒子的永久相对位移。关于这种效应的研究已经阐明了这种引力现象的物理起源，以及用零无穷大的守恒电荷和“软定理”来解释这种引力现象。

在这篇论文中，描述了一种比引力波存储器更普遍的效应，它不一定与这些电荷和软定理有关，但在理论上是可测量。把这些效应称为持久引力波可观测。这些可观测的东西在时空的非辐射区域中消失，它们的影响在一个正在辐射的时空区域之后“持续”下去。这类持久可观测值的三个例子，以及计算它们的一般技术。

为了简单起见，这些示例将非辐射区域的类别限制为完全平坦的区域。第一个例子是允许任意加速度的测地线偏差的一般化。第二个例子是一个整体可观察，它是由一个闭环定义。它包含通常的“位移”引力波存储器；三种先前确定但不太为人所知的记忆效应(固有时间、速度和旋转记忆)；以及额外的新观测值。最后第三个例子是一个显式的程序，通过这个程序，观察者可以使用旋转测试粒子来测量持久效应，研究简要地讨论了引力波探测器(如LIGO和Virgo)测量这些观测数据的能力。

博科园｜文: Rafi Letzter/Live Science

参考期刊《物理评论D》

DOI: 10.1103/PhysRevD.99.084044

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本文选自：今日头条