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在物理學(xué)的四種基本力中，重力是我們?cè)谌粘Ｉ钪凶钍煜さ囊环N，但它也是目前唯一不能用量子物理學(xué)解釋的一種。現(xiàn)在，科學(xué)家們已經(jīng)制定了一項(xiàng)計(jì)劃，通過(guò)監(jiān)聽(tīng)碰撞黑洞的"鈴聲"，在宇宙中尋找量子引力的跡象。

四種基本力中的三種--電磁力、弱核力和強(qiáng)核力--可以被描述為場(chǎng)，并由特定粒子攜帶。例如，電磁力是由光子攜帶的，并產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。

然而，引力不能以這種方式解釋。目前，我們擁有的最佳模型是愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，但在某些情況下--比如在黑洞附近--這一理論會(huì)崩潰，表明它是不完整的。幾十年來(lái)，科學(xué)家們一直在尋找一種量子引力理論，它將用一種被稱為引力子的假想粒子所攜帶的量子力學(xué)來(lái)解釋這種力量，但到目前為止，證據(jù)還沒(méi)有被我們找到。

現(xiàn)在，一對(duì)新的研究概述了天體物理學(xué)家如何在未來(lái)幾年尋找線索。引力波是時(shí)空結(jié)構(gòu)中的漣漪，由黑洞和/或中子星之間的碰撞等災(zāi)難性事件產(chǎn)生，可由LIGO等觀測(cè)站探測(cè)到。研究小組表明，這些碰撞的"音調(diào)"可能暗示了與當(dāng)前模型不完全一致的物理學(xué)。

"當(dāng)兩個(gè)黑洞合并產(chǎn)生一個(gè)更大的黑洞時(shí)，最終的黑洞會(huì)像鈴鐺一樣響起來(lái)，"這兩項(xiàng)研究的共同作者陳雁北說(shuō)。"如果某些量子引力理論是正確的，那么鈴聲的質(zhì)量，或其音色，可能與廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)不同。我們的方法是為了尋找這種響鈴階段的質(zhì)量差異，例如諧波和泛音"。

第一項(xiàng)研究提出了一個(gè)新方程，描述了黑洞在不同的量子引力理論下會(huì)如何響起。它基于理論物理學(xué)家Saul Teukolsky在20世紀(jì)70年代首次提出的一個(gè)方程。在第二項(xiàng)研究中，研究小組描述了如何將新方程應(yīng)用于LIGO獲得的數(shù)據(jù)，過(guò)濾掉背景噪音。

隨著LIGO在中斷了三年的升級(jí)后最近重新啟動(dòng)，我們應(yīng)該很快就能對(duì)量子引力的想法進(jìn)行測(cè)試了。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《物理評(píng)論X》和《物理評(píng)論通訊》雜志上。