一种名为“压缩光”的东西即将让我们近距离观察宇宙金矿

2015 年，科学家捕获了 13 亿光年外宇宙大碰撞的证据。他们首次通过捕捉引力波（大质量物体相互作用时产生的时空涟漪）观测到了这次双黑洞碰撞。但现在物理学家想要看得更远。这样做可以帮助他们准确测量中子星碰撞发出的波，这些撞击可能是许多地球元素的来源，包括金。为此，他们需要有史以来最灵敏的引力波探测器。捕捉引力波的设备都依赖于相同的机制。美国激光干涉引力波天文台 (LIGO) 和欧洲同行 Virgo 沿着两英里长的臂发射激光，臂的两端带有镜子。经过的引力波使镜子的摆动幅度小于一个原子的宽度，科学家根据激光中的光子从镜子上反弹并返回的时间来测量涟漪。通常情况下，光子以随机的间隔从激光器中射出，因此信号是模糊的。

想象一下这些光子是雨滴，我们测量引力波所需的时间是人行道。细雨滴彼此独立地落在人行道上。有些地方可能会保持干燥更长时间，而其他地方则会被浸湿。雨的滴状性质，就像光的光子性质一样，导致“颗粒感”。

现在物理学家们可以把这些隐喻中的雨滴弄平整了。在升级后的探测器中，一种名为“压缩光”的量子物理原理正在帮助研究人员绘制出更精确的图像。压缩光的工作原理是将激光照射到一种特殊的晶体上，这种晶体可以调整光子的流动速率，使光子的分布更加均匀。

雨滴不会随机落下，而是更不可能落在已经湿润的地方，而是落在干燥的地方。这样一来，人行道上的雨滴会更加均匀。或者，就引力波而言，雨滴会形成几乎完整的上下波动图案，而不是不均匀、跳跃的图像。

在一个维度上挤压意味着在另一个维度上拉伸，但科学家可以放弃对光能量的确定性，而不会丢失任何关键信息。“我们操纵光，将更多的不确定性放在一个[测量]中，以便更准确地测量另一个，”卡迪夫大学的凯瑟琳·杜利 (Katherine Dooley) 说，她是 LIGO 的合作者。

压缩光技术已经将德国较小的 GEO600 探测器的精度提高了四倍。如果 LIGO 和 Virgo 获得类似的增益，我们将从宇宙中挤出更多中子星碰撞——引力彩虹尽头的金矿。

1. 远远达不到规模：

我们的整个星系比这页上的一个句号还小。

2. 36亿光年：

LIGO 利用微小震动来探测质量为太阳 30 倍的黑洞碰撞。

3. 49亿光年：

压缩光将扩大 LIGO 的视野，使其足以探测到地球存在之前合并的黑洞。

本文最初发表于《大众科学》杂志 2018 年秋季微型期刊。