LIGO将挤压光以克服空旷空间的量子噪声

这太荒谬了。引力波是时空结构中的涟漪。当引力波穿过物体时,物体中粒子的相对位置会发生轻微移动,只有通过这些移动,我们才能检测到引力波。但是这种转变是微不足道的。LIGO通过相距4公里的一对镜子来测量移动。当强大的引力波通过LIGO时,镜子将仅移动质子宽度的千分之几。

LIGO通过称为激光干涉术的过程来测量该距离。光线具有波状特性,因此当两束光束重叠时,它们像波一样合并。如果光波成一直线或“同相”,则它们会叠加起来变得更亮。如果它们异相,它们将抵消并变暗。因此,LIGO从一束同相的光束开始,然后将其分离,沿着LIGO的一个臂发送一束光束,然后沿着另一臂发送一束光束。每个光束从4公里外的镜子上反射,然后返回以合并为检测器所见的单个光束。如果反射镜的距离改变,则组合光的亮度也会改变。

要工作,必须将LIGO镜子与地面和附近仪器的任何背景振动隔离开。为了达到这个目的,反射镜阵列由细细的玻璃线悬挂。整个系统也需要放置在真空中。检测器是如此灵敏,以至于穿过光束的空气分子被吸收为噪音。LIGO真空室内的气压小于大气压的万亿分之一,低于星际空间。

在人类工程学的极限范围内,LIGO系统是一个隔离的真空系统,其中唯一可以移动后视镜的是重力本身。它不是完美的,但是非常好。太好了,事情开始变得怪异。即使检测器被完全隔离并置于理想的真空中,检测器仍会拾取噪声。该系统非常灵敏,可以拾取空白空间中的量子涨落。

量子系统的一个中心特性是它们永远无法完全固定下来。这是海森堡不确定性原则的一部分。即使是真空也是如此。这意味着在真空中会出现量子涨落。当光子穿过这些波动时,它们会产生一些抖动。这使光束稍微移相。想象一下,一艘小船在汹涌的大海上航行,将它们束缚在一起将是多么困难。

但是量子不确定性是一件有趣的事情。尽管量子系统的各个方面总是不确定的,但它的某些部分可能非常精确。要注意的是,如果您将一个零件变得更精确,那么另一个零件就会变得不那么精确。对于光,这意味着您可以通过使光的亮度更加不确定来保持光束的相位更加对齐。这称为挤压光,因为您以较小的不确定性为代价挤压了一个较小的不确定性。

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