如何探测引力波留下的“记忆”

据国外媒体报道，引力波在宇宙中以时空波纹的形式传播，这是由宇宙中最剧烈的事件引起的。

使用像LIGO和处女座这样的装置，天文学家可以探测到空间和时间的涟漪，其强度足以“波及”地球。当引力波穿过空间时，它们会留下某种“记忆”，即空间和时间的永久弯曲，对这种现象的探测可能很快就会实现，这将进一步加深我们对重力的理解。

引力波

尽管爱因斯坦的广义相对论已经有一个多世纪的历史，但它仍然是我们理解重力如何工作的最佳理论。该理论将空间和时间结合成一个统一的框架，即“空间和时间”。这个时空不仅是一个固定的阶段，而且随着物质和能量的存在而弯曲或扭曲。

时间和空间的弯曲(或扭曲)决定了物质如何运动。在广义相对论中，从光子到高速子弹到爆炸的宇宙飞船，所有这些物体都试图直线飞行，但是它们周围的时空扭曲了，迫使它们沿着弯曲的轨迹飞行。这就像试图直线穿越山口，但你必须沿着蜿蜒的山脉和山谷前进。

我们所说的“重力”是所有这些时空扭曲的结果。运动的物体别无选择，只能跟随周围空间和时间的弯曲，做出相应的运动。像其他可弯曲的表面一样，时空不仅是弯曲的，它还会产生振动。

想象你站在蹦床上。蹦床会因为你的体重而下垂。如果有人跳到蹦床上，试图在你身边行走，他们会感觉到你的“重力”，只能走一条弯曲的路。然而，如果他们离你足够远，他们甚至不会注意到你的影响。然而，如果你开始在蹦床上跳上跳下，你会发出波浪振动，然后它们会不由自主地被你的动作所影响。

记得过去吗

引力波以类似的方式运作，通过时空结构本身的波纹传递能量。这些波纹的来源几乎可以是任何类型的运动，但是因为重力非常弱(它是自然界四种基本相互作用中最弱的)，引力波甚至更弱，只有能量最强的运动才能产生时空波纹，地球上的仪器可以探测到。

到目前为止，LIGO和处女座已经观察到数十次引力波事件，其来源包括大质量黑洞和中子星之间的合并。这些事件产生的引力波在宇宙中波动，最终到达地球。当它们穿过地球时，它们非常轻微地移动物体(幅度可能小于原子的宽度)。

甚至我们自己也会受到影响。在这一刻，你被数十亿光年之外的暴力事件产生的引力波轻轻挤压和拉伸。你可能认为一旦引力波通过，事情就会结束，但是重力是一种奇妙的力，引力波的问题更复杂。

几乎任何运动都会产生引力波，从相互碰撞的黑洞到你挥舞的手，甚至引力波本身。当引力波在空间和时间中传播时，它们将成为引力波的新来源并继续这样做。每一代引力波都比上一代弱，这种效应逐渐积累，形成科学家所说的时空“记忆”——引力波留下的时空永久扭曲。

换句话说，当引力波经过你身边时，你不仅会被暂时拉伸和挤压，而且会随着新引力波的产生而被永久拉伸。

展望未来

由于引力波产生的引力波如此微弱，天文学家直到现在还没有发现任何这种时空“记忆”的证据，但理论上它应该存在并潜伏在LIGO和处女座获得的数据中。我们应该看到的是，在被证实的引力波事件发生很久之后，探测器的位置将会永久改变。

最近，一组天文学家研究了如何最终看到引力波的“记忆”。由于对每个事件的检测只会留下非常微弱的记忆痕迹，因此无法连续观察到这种现象。相反，我们必须整合多个事件，以积累证据表明这一现象的存在。

我们需要多少事故？研究人员预测，我们需要记录大约2000个独立的黑洞合并，以发现引力波留下的永久记忆。这样的探测不会很快实现，但是下一代引力波观测站预计每天收集大约10个事件，并且可能在一年内找到这样的记忆证据。

如果广义相对论的预测是正确的，那么这种永久的时空记忆应该存在。如果天文学家在多年的搜寻后没有发现任何东西，我们将不得不重新思考我们对重力的理解，看看是否有什么东西丢失了。