黑洞或中子星在太空深处产生的引力波已经被发现可以到达地球。然而它们的影响非常小，要用一公里长的测量设备才能观察到。因此物理学家们正在讨论具有有序量子特性的超冷和超微玻色-爱因斯坦凝聚态是否也能探测到这些波。德国德累斯顿-罗森多夫中心(HZDR)和德国德累斯顿大学的拉尔夫·舒茨霍尔德教授研究了这些建议的基础，并在《物理评论D》期刊上写道：这些证据远远超出了现有方法的能力。早在1916年阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)就向普鲁士科学院(Prussian Academy of Sciences)提交了一篇文章。
博科园-科学科普：在这篇文章中他证明了巨大的恒星等运动的质量在相互围绕对方旋转时，会在空间和时间上留下凹痕，并以光速传播。这些凹痕被称为引力波，应该像无线电波、光波和其他电磁波一样精确移动。然而，引力波的作用通常是如此微弱，以至于爱因斯坦相信引力波永远无法测量。产生这种怀疑的原因是引力波很弱。例如即使地球相当大的质量，以接近每秒30公里的速度绕太阳运行，产生的引力波功率也只有300瓦。这甚至还不足以为贴上“能源之星”标签的商用吸尘器提供动力。因此这些引力波的影响是察觉不到的。
当黑洞合并时
当涉及到大得多的群众时，情况就会改善。当两个巨大黑洞在距离地球13亿光年的地方合并时，一个黑洞的质量约为36个太阳，另一个黑洞的质量约为29个太阳，时空都在颤抖。在这次合并中，一个三倍于太阳的质量转变成一个巨大的引力波，13亿年后的9月14日，中欧时间上午11:51，引力波的残余到达了地球。由于波在如此巨大的距离内向各个方向传播，并传播到难以想象的大空间，它们的能量被极大地削弱。在地球上只接收到一个非常微弱的信号，这个信号是在美国用两个4公里长的垂直真空管记录下来的。两个特殊的激光束在这些设备端点之间来回发射。
插图显示了两个黑洞是如何合并的，这导致引力波产生。图片：LIGO / T. Pyle
从一束光到达另一端所需的时间，研究人员可以非常精确地计算两点之间的距离。HZDR的研究员拉尔夫·舒茨霍尔德(Ralf Schutzhold)概述了他同事们的研究结果：当引力波到达地球时，两种测量距离中的一种在两种设备上都缩短了一万亿分之一毫米，而另一种垂直延伸的距离也差不多。因此在2016年2月11日，经过对数据的详细分析，研究人员报道了阿尔伯特·爱因斯坦预测的引力波的首次直接探测，三位有贡献的研究人员在2017年获得了诺贝尔物理学奖。
同步原子
天体物理学家现在可以利用这些波来观察太空中的大质量事件，如黑洞合并或超新星。物理学家们现在在问，是否有可能建造比垂直真空管4公里长更容易处理的设备。一些人建议使用玻色-爱因斯坦凝聚态，这是一种物质的形式，萨特延德拉纳特玻色和阿尔伯特爱因斯坦早在1924年就预测到了。Schutzhold解释：这种冷凝物可以被认为是来自单个原子的高度稀释的蒸汽，这些原子被冷却到极端，因此会冷凝。1995年美国的研究人员创造了一种玻色-爱因斯坦凝聚态。
在极低的温度下，仅仅略高于负273.15摄氏度的绝对零度，大多数金属原子，如铷，以相同的量子态存在，在较高的温度下形成混沌的大杂烩。Schutzhold说：与激光粒子类似，这些玻色-爱因斯坦凝聚态的原子可以说是同步运动的。然而引力波可以在同步的原子冷凝物中改变声音粒子或声音量子(物理学家称之为声子)。拉尔夫•舒茨霍尔德(Ralf Schutzhold)在描述这一过程时说：这有点像一大桶水，地震产生的波会改变现有的水波。
证据太少了
然而当HZDR理论物理系的负责人仔细研究这一现象的基本原理时，他确，为了探测由合并的黑洞发出的引力波，这种玻色-爱因斯坦凝聚态的大小必须比目前可能的大几个数量级。今天玻色-爱因斯坦凝聚在一起，例如通过巨大的努力获得了100万个铷原子，但要探测引力波，需要的原子数量是这个数字的100多万倍。然而在玻色-爱因斯坦凝聚态中形成了一种涡旋，在这种涡旋中引力波直接产生更容易观察到的声子。但即使有如此不均匀的玻色-爱因斯坦凝聚态，我们仍然需要数个数量级才能探测到引力波。
然而HZDR的研究人员提供了一个可能证明的线索：如果惰性气体氦被冷却到绝对零度以上不到2度，就会形成一种超流体液体，它不是纯玻色-爱因斯坦冷凝液，但含有这种同步氦原子的不到10%。由于这种超流体氦的产量要大得多，因此用这种方法可以比直接生产多出许多数量级的玻色-爱因斯坦凝聚态原子。超流体氦是否真的是一种探测引力波的方法，只能通过极其复杂的计算才能证明，因此引力波的微型探测器仍在未来的某个时候存在。
博科园-科学科普｜研究/来自：亥姆霍兹德国研究中心协会
参考期刊文献:《物理评论D》
DOI: 10.1103/PhysRevD.98.105019
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