互动科普

科学世界：eLISA计划近日发射了一颗实验卫星，其中有哪些技术进展？

胡文瑞：可以说这颗LISA探路者（LISA Pathfinder）卫星验证了空间引力波探测所有的关键技术。它的核心是两个检验立方体（test mass），就相当于把计划中相距100万千米的两颗卫星变成一颗卫星中相距35厘米的两个立方体，然后在其上验证激光干涉、微推、惯性传感器等技术。这两个立方体在实验的最后将进入无拖曳的自由落体阶段，也就是除了引力外，其他一切的力都没有了，只靠微推来移动。在实际的太空中，有光压等影响因素，所以需要用微推将引力外的干扰全部抵消掉。

科学世界：在aLIGO探测到引力波的那天，费米伽马射线空间望远镜据说看到了一个疑似的伽马暴信号，这两者是相关联的吗？太极计划今后是否期待看到引力波源的光学对应体？

胡文瑞：在引力波到达地球0.4秒以后，费米收到了一个伽马暴信号，但到目前为止还没有定论。就是说引力波是个孤立事件，而且也是个偶然事件。

吴岳良：我们当然是希望看到它的光学对应体。aLIGO探测到的信号只有0.2秒，而空间引力波探测不一样，探测卫星组绕太阳轨道运动，相当于时刻在不同位置来探测引力波。空间探测的中等重量、大质量、超大质量的黑洞并合，周期比较长，观测的时间也就比较长。所以我们有可能来辨别它的方向，观测它并合的整个过程。同时引力波事件的发生几率也更高，太极计划的设计方案预计每年可探测20～30余次的引力波事件。

图：不同引力波探测计划在不同的频率有着不同的精度和噪声曲线（黑色线条），不同的引力波源事件产生的引力波也有着各自的频率范围和特征应变（不同色块），只有当引力波信号的特征应变强于噪声的干扰（色块位于线条之上）时，才能被成功探测。值得注意的是，在1赫兹左右，空间引力波探测将有可能观察到原初引力波。

科学世界：按照一些科幻小说的设定，未来能用引力波信号进行通讯。人类可能发射引力波吗？

胡文瑞：可以发射，但没有足够强度。引力波信号很容易产生，就是能不能测得到是另外一回事。

吴岳良：我举一个例子，有人计算过，假设相距1米的两个1000吨的球相互绕转，频率为1000赫兹，也就是每秒钟转1000次。然后离300米的距离去测，它发出的引力波应变的数量级是10-35。现在最精密的aLIGO都远远测不到。

科学世界：两个黑洞的合并过程中，释放出的能量除了产生引力波，还会转化成其他的形式吗？

吴岳良：爱因斯坦广义相对论不能描述粒子的产生和湮灭，但是从引力量子场论考虑，通过引力子与其他基本粒子相互作用的过程是可以产生其他粒子的。但是这些粒子传不到我们这儿来，因为它们有更强的相互作用，如电磁相互作用、强相互作用，很容易被途经的天体挡住。而引力相互作用比电磁相互作用要小很多，如对质子而言，引力只有电磁力的1036分之一，也就是万亿亿亿分之一的强度。所以引力波和沿途天体的相互作用可以忽略不计，能够传到地球上来。

科学世界：引力波所对应的引力子能观测到吗？

吴岳良：探测引力子需要在微观世界去掉其他相互作用力的干扰，把引力相互作用提取出来。由于引力相互作用非常弱，所以想像观察光子那样观察引力子是不太可能的。但比如对于原初引力波来说，它是由宇宙演化早期的量子引力所引起的。那么如果观察到原初引力波，也算是间接观察到引力子的效应。

（本文发表于《科学世界》2016年第5期）