從脈沖星計時陣列到桌面探測器，四種新工具全力“捕捉”引力波

引力波也被稱為“時空的漣漪”。1916年，愛因斯坦基于廣義相對論做出預言，劇烈的天體活動會帶動周圍的時空一起波動，這就是引力波。約100年后，2015年9月，宇宙中一次僅持續五分之一秒的“漣漪”改寫了物理學的篇章，科學家首次直接探測到引力波。此后，包括美國激光干涉儀引力波天文臺和歐洲“處女座”引力波探測器等在內的設施，相繼探測到100多起引力波事件。但物理學家認為，這只是“冰山一角”。

英國《自然》雜志網站在6月27日的報道中指出，物理學家正在籌建新天文臺，開發新實驗和技術，以發現目前方法無法檢測到的引力波。他們期待能夠發現由完全不同的宇宙現象，包括超大質量黑洞甚至宇宙大爆炸本身產生的引力波，從而進一步揭示宇宙的奧秘。

脈沖星計時陣列：捕捉持續十年的引力波

脈沖星是高度磁化且快速旋轉的中子星，每秒可以旋轉數千次。理想情況下，脈沖信號應該間隔相等，但如果引力波對時空造成了微小擾動，脈沖星和地球的距離會發生微小變化，探測這些微小變化有助發現引力波。

對脈沖星集合或陣列進行觀測的脈沖星計時陣列（PTA）應該能夠檢測到頻率僅為納赫茲的引力波引起的變化，此類引力波可能由超大質量黑洞對產生。這種引力波的連續波峰需要數十年才能通過地球上的特定位置，這意味著需要數十年觀測才能發現它們。

2023年，PTA技術結出碩果。北美納赫茲引力波天文臺、歐洲脈沖星計時陣列、中國脈沖星計時陣列、澳大利亞帕克斯脈沖星計時陣列等合作團隊分別發表了4篇論文，報道了背景引力波的存在證據。在宇宙尺度上均勻分布的、大量獨立且不可分辨的波源輻射的引力波疊加起來，就會形成隨機背景引力波。

美國耶魯大學天體物理學家基婭拉·明加雷利表示，納赫茲背景引力波可以讓人們窺視更早期的宇宙。

微波望遠鏡：發現源于宇宙大爆炸的引力波

宇宙微波背景輻射（CMB）被稱為宇宙大爆炸的“余暉”。位于智利北部阿塔卡馬沙漠海拔5300米處的西蒙斯天文臺即將竣工，其能以更精致的細節，為CMB繪制“肖像畫”。美國普林斯頓大學宇宙學家喬·鄧克利稱，該天文臺將提供迄今對CMB最好的觀測，并尋找源于宇宙大爆炸的引力波痕跡，從而揭示宇宙暴脹的秘密。

暴脹指宇宙指數級的快速膨脹。盡管暴脹是目前廣泛接受的宇宙學理論基石，但目前還沒有證據證明這一點，CMB極化漩渦中的特定“B模式”將是確鑿證據，這一模式可能是引力波通過時留下的印記。理論上，這種引力波應該由宇宙暴脹產生。

美國約翰斯·霍普金斯大學理論天體物理學家馬克·卡米諾維斯基表示，暴脹理論預測了B模式的存在，如果該模型成立，西蒙斯天文臺應能找到它。

原子干涉儀：專捉特定頻率引力波

許多項目致力于探測較低頻的引力波，但很少有設施探測略低于1赫茲的引力波。

但新興的原子干涉儀技術或有希望完成這一任務。原子干涉儀是一種垂直的高真空管，原子可以在其中釋放并在重力作用下下落，在此期間，物理學家用激光“挑動”原子，使其在激發態和基態之間切換。

美國斯坦福大學物理學家賈森·霍根表示，將兩組或多組原子置于同一垂直管道內不同高度，并測量激光脈沖從一組原子傳播到下一組原子所需的時間，引力波的通過將導致光在它們之間傳播的時間稍微減少或稍微增加。

斯坦福大學開發了落差為10米的原子干涉儀，也有其他小組計劃建造100米高度的原子干涉儀，其中MAGIS-100已經在費米國家加速器實驗室的豎井中建設，計劃于2027年完工。

臺式探測器：小塊頭有大智慧

也有科學家正在探索用更小更便宜的探測器探測引力波，包括桌面探測器。

美國西北大學研制的懸浮傳感探測器（LSD）讓激光在相距僅1米的成對鏡子之間反射，旨在通過共振來探測頻率約100千赫茲的引力波。

英國南安普頓大學物理學家伊維特·富恩特斯提出了一種制造更小的共振探測器的想法。她計劃利用玻色-愛因斯坦凝聚態（BEC）的奇異物質狀態中的聲波，如果引力波以與聲波共振的頻率通過，其就可以被探測到。不過，這個過程可能需要重復數月才能成功。

理論上來說，基于BEC的探測器可以探測到1兆赫茲或更高頻率的引力波。這些高頻引力波可以揭示宇宙大爆炸后第一秒左右發生的奇異物理現象。