引力波可以“推”月亮

使用阿波罗任务中留下的技术,我们可以检测到早期宇宙的时空失真。

时空的结构绝非静态。宇宙事件的涟漪经历了我们 - 从两个碰撞的黑洞之间的舞蹈到爆炸的星星。

这些事件引起引力波,伸展和压缩空间本身。但是检测这些波不是很容易的任务。现在,最近发表在物理评论信中的论文解释我们如何使用月球轨道来找到我们目前无法以其他方式检测到的引力波。

拉伸和压缩

当两个巨大的物体(例如黑洞)合并时,这是严肃的生意。当它们彼此旋转时,它们的轨道越来越快,越来越快地旋转。在宇宙的织物中向外旋转的波浪,伸展和压缩时空本身。

当然,这不是您在日常生活中会认识到的东西。科学家必须利用巨型干涉仪来测量这种拉伸和压缩。

引力波伸展和压缩空间本身 - 但是检测到它们并非易事。

其中之一是Ligo(激光干涉仪重力波观测站),其中有两个探测器(在华盛顿和路易斯安那州)。这些探测器看起来像巨型“ L”,有两个4公里长的胳膊直接伸展。Ligo如此敏感,以至于可以测量空间的拉伸或压缩千分之二单个质子的宽度

另一个探测器丽莎(激光干涉仪空间天线)计划于2030年推出。该探测器将使用三个航天器相隔数百万英里,再次以“ L”形式使用。在这两个探测器中,激光都会从L的两条腿下送下。在腿的远端反射后,两条梁都会返回并互相干扰。

这些波如何干扰将揭示引力波在通过时是否伸展或压缩了一条腿。

我们可以使用月球轨道来找到我们目前无法以其他方式检测到的引力波。

找到引力波的另一种方法是使用自然界的东西 - 脉冲星的时间阵列。脉冲星正在旋转散发光束光束的中子星。当它们旋转时,这些横梁偶尔指向地球 - 有点像灯塔。这种旋转既非常快(按一秒钟的一小部分)和非常可靠的(通常称为宇宙的原子钟)。

通过使用一组脉冲星,我们可以从本质上构建一个干涉仪,该干涉仪与跨越星系的手臂。

但是,人体建构的阵列和脉冲星对引力波的所有频率均不敏感。一些波可能来自早期宇宙,这是由于巨大的相变或宇宙弦的结果。

但是,可以使用不太可能和附近的来源来检测这些来源的引力波:月亮。

使用月球检测引力波

当阿波罗宇航员降落在月球上时,他们将小镜子留在月球上。从地球上闪耀强大的激光,使我们能够测量几毫米内与月球的距离。

最近,伦敦大学学院的Autònomade Univernoma deAutònomade Blas博士提议利用有关距离的精确知识来寻找传球引力浪潮。

当使用地球上的人体建设的脉冲星时阵列时,我们缺少大量的引力波频率 - 从0.1 microhertz到0.1 millihertz。

测量地球和月球之间的距离可能会发现来自各个方向的许多引力波的综合效果。

对这些频率敏感的检测器将需要巨大的- 根据我们的太阳系顺序。但是,地球系统也可能足够大,可以在该频段内选择频率敏感。

与人体建造的引力阵列不同,地球系统不是“ L”形状,而是一方面。因此,它将无法“看到”空间的拉伸和压缩。取而代之的是,它取决于重力波对土蒙月底系统的累积影响。

“If the frequency of the gravitational wave is such that the Moon is always pushed or pulled in the same direction every time it’s at the same point in its orbit, then you get a resonance phenomenon which can have a lasting impact on the orbit,” Jenkins told Freethink.

“这完全类似于将孩子推到秋千上 - 如果您的推动时间恰到好处,并且在挥杆处最高点时始终推动,那么孩子最终可能会变得很高!”

“我们的系统暴露于整个宇宙中许多不同来源的引力波的持续背景。”

亚历山大·詹金斯

因此,到月球的精确距离将对某些轨道时期的某些频率敏感,这些频率除以整数。这样的频率一定会始终朝着相同的方向推或拉月亮,从而产生共振效果,例如将孩子推到秋千上。

例如,在十五年的时间里看月球的轨道时期可能会导致月球距离地球距离0.1毫米的距离发生变化。那很小 - 但月球范围可以检测到它。

测量地球和月球之间的距离将无法找到单个引力波,但可以找到来自各个方向的许多引力波的综合作用。

“We know that our system is exposed to a constant background ‘hum’ of gravitational waves from many different sources throughout the universe — much like how we’re constantly bathed in electromagnetic waves coming from all directions from the many stars that fill the night sky,” Jenkins says. “We call this ‘hum’ the stochastic gravitational-wave background.”

这种背景可以告诉我们早期宇宙的物理学。

对新物理敏感

对于科学家来说,检测不同频率的引力波很重要。虽然Ligo和Lisa将对黑洞合并或爆炸恒星等事物敏感,但监视与月球的距离可能会对从宇宙本身的开头开始对重力波敏感。

这些来源之一是宇宙学“相位过渡”。我们在日常生活中一直看到相位过渡,例如当您煮一锅水煮沸时。随着水变热,它首先形成微小的气泡,并随着液体转化为气体而生长和生长。

可以以相同的方式来考虑宇宙学相变。

詹金斯告诉Freethink:“您可以在大爆炸发生后的第一刻内拥有量子场,这是一个类似的过程:它们是一个新的,充满活力的阶段的气泡,并且这些气泡相互扩展和相撞。”

“这些碰撞以及当时宇宙中其他物质的产生运动产生了许多引力波。”

“我们提出的方法不需要新的,未经测试的技术,也不需要大量的时间或金钱来实现。”

亚历山大·詹金斯

我们以前无法检测到这些引力波,他们可以向我们暗示我们还无法探索的物理学。这些宇宙学相变是通过扩展到标准模型来预测的,并且可以揭示我们无法在地球上检测到的新粒子或力。

最好的部分:我们可以立即使用此“检测器”。

詹金斯说:“我们认为这是我们作品中最激动人心的功能之一。”“我们提出的方法不需要新的,未经测试的技术,也不需要大量的时间或金钱来实现。我们正在谈论的数据已经收集,并且已经用于各种有趣的科学,与引力波完全无关。”

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