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鐳射干涉引力波天文臺

（LIGO）

物理學家

現已將他們的勘測儀器降低至絕對零度，用於探索所謂的“量子極限”，即支配亞原子粒子崩潰的規則臨界點。據悉，LIGO天文臺是全球最大引力波天文臺。

依據研究人員介紹，這項實驗的目標不是研究引力波，而是理解為什麼較大物體目標會遵循量子力學規則，一些物理學家認為可能是由於引力的破壞性影響，導致物體目標出現較大範圍的散屑，使它們不再遵循量子規則，而是產生宏觀層面上的變化。

在這項最新研究中，LIGO天文臺研究人員冷卻了4面鏡子，每面鏡子重量大約40千克，從室溫降至零下196。15氏度，從而將原子振動降低到量子力學層面的最低水平之上。

該研究對於能冷卻這種大小等級的物體而言是一個巨大飛躍，到目前為止，被完全冷卻至最低能級或者基態的最大物體是一個直徑150奈米的玻璃珠，重量僅有幾克。

美國麻省理工學院機械工程助理教授，維維謝克·蘇德赫爾說：“沒有人觀察到重力是如何作用於大質量量子態，我們現已演示瞭如何在量子態下準備千克等級的物體，這最終為引力如何影響較大量子物體的實驗研究開啟一扇門，這是迄今為止唯一的夢想。”

物理理論仍無法描述萬有引力是如何作用於亞原子尺度，目前物理學家並不清楚奇點何時處於黑洞中心？以及為什麼與其他所有基本自然力量（電磁、弱力和強力）相比，引力強度如此低？

然而，引力僅能使用我們關於大型天體的最佳理論進行描述，即愛因斯坦的廣義相對論，但由於該理論無法適用於較小尺度範圍，廣義相對論對宇宙如何執行的分析並不全面。

為了觀察引力對大尺度物體的微弱影響，所有可能的外部噪音——任何可能干擾他們尋找訊號的因素，這裡主要是分子的隨機碰撞，都必須從系統中消除，這意味著要使系統變得極其寒冷。

一個物體的溫度和該物體原子的振動量是成正比的，因此冷卻任何物體至絕對零度意味著消除穿過該物體的所有量子等級振動（即聲子或者振動量子）。

為了消除這些量子振動，LIGO研究小組用極其精確的鐳射器照射鏡子，從而測量鏡面振動，然後使用電磁場對鏡面運動施加一個作用力，減緩鏡面運動，並消除鏡面上大部分微小振動。透過這種方法，研究小組能夠在任何給定時間內將系統中聲子平均數量從10萬億降低至10。8。

目前，他們已從四鏡系統中消除了大部分振動，物理學家希望研究這些鏡子的量子態，觀察大尺度物體是如何失去它們的量子特性，這個過程被稱為“消相干”。

這並不是第一個在宏觀尺度探索量子效應的實驗，2021年5月，一支研究小組能夠在一對大約10微米長的近宏觀尺度的鼓上觀察到量子糾纏現象。

2021年3月，美國媒體還報道了迄今為止對引力的最小測量，這是進一步探索引力作用於量子尺度的又一次嘗試。這項研究報告發表在6月18日《科學》雜誌上。