基于诸如超低温5吨铝柱的磁悬浮这类大胆的技术,发展了新一代探测器,有希望打开宇宙的一个新窗口。
他们的目的是探测引力波,引力波是物理学家们相信它存在而又唯一尚未观测到的一种辐射形式。最强的引力波是产生于巨大星体塌缩成密度极大的黑洞或中子星的过程中。
在Sheraton Park Hotel召开的美国科学促进会的年会上,介绍了世界各实验室尝试建造的可能探测引力波的装置和一些尚未实施的方案。这个会议被命名为“引力物理——一个探索的新窗口”,在会上与会者进行了详细讨论。
五吨铝棒的悬浮是由美国路易斯安那国立大学的哈密顿博士介绍的。铝柱悬浮在其底表面铌钛合金涂层中产生的磁场上,把铝柱与所有外界振动源隔开。
在很低温度下,这种合金变成超导体,就是说它失去了对电流的所有电阻。电流一旦开始流动,感应产生一个磁场,就继续流动下去,无需再输入能量。
将近绝对零度
整个铝棒的长度大于10英尺,直径将近3英尺,最后将冷却到低于绝对温度一度,所谓绝对温度就是-460°F,这时物体中毫无热量。经过两周冷却,目前处于-330°F,为了进行技术上的调整,在达到绝对温度八度这个初步目标之前,可能再加一次温。
加利福尼亚州斯坦福大学的装置已达到此温度,罗马和西澳大利亚大学已设计了进一步改进的模型。对如何把每个探测器所得到的数据存储起来,进而能进行有意义的比较等问题,正在进行讨论。
解决这类问题的各种方法,在苏联莫斯科大学、美国罗彻斯特大学、日本东京大学以及苏格兰的格拉斯哥和德国的慕尼黑也开始做了。加利福尼亚理工学院的索恩博士扼要地介绍了其中的一些情况。
索恩博士说,像传播着的电磁波(如无线电波或光波)会激起带电粒子振动一样,理论上是引力波会激起物质点“颤动”。所以,引力波通过时将使任何一个大质量的物体产生变形。
1960年开始的实验
美国马里兰大学的韦伯博士是致力于探测这种变形的先驱者。他担任今天的会议主席。他从1960年开始,在马里兰等地方把笨重的铝棒悬吊在真空室里。
铝棒是防震的,诸如来自车辆的振动和温度的变化。韦伯博士观测到一些似乎是两个装置的符合事例。1974年他中止数据收集的时候,他还继续分析这些结果,他认为发现事例率有日周期性,好像引力波源位于太空中确定的位置。
然而,其他研究者们用同样的铝棒或其他样式的设备都不能重复他的结果。索恩博士和哈密顿博士认为,实际上到目前为止,所用过的探测器装置中,没有一个是能足够灵敏的探测出理论所预言的极小的形变——探测器的几何尺度变化小于原子核的尺度。
在美国麻省理工学院、英国格拉斯哥大学和西德慕尼黑普朗克天体物理研究所等处,发展了一种方法,其装置是分离一束激光,使其中一支在两个悬吊着的镜面之间往返反射数百次。
光束重聚
光束与它的分光束重聚形成干涉条纹。两镜面之间距离的极微小的变化将在干涉条纹中显示出来。索恩博士说,另一种方法是向太阳系中远离的宇宙飞船发射无线电波,飞船将以不同的频率反射。如果在传播的引力波影响下,地球与飞船之间的距离发生振动,则反射回来的信号的波长将发生非常微小的变化。哈密顿博士认为,猜测引力波的振荡频率而设计对其响应最灵敏的探测器是一个值得认真对待的课题。韦伯博士的铝棒对1600赫最灵敏,哈密顿博士的是800赫。
虽然人们认为铝是一种有效的振荡器,而其他物质,如蓝宝石、硅、锗和铌则更好。哈密顿博士说,敲一下钟可以响许多秒,而击一下萝彻斯特大学道格拉斯博士的蓝宝石圆棒,就可连续振动二十四小时。莫斯科大学布拉金斯基做得甚至更长。
然而,使用这些材料有些问题需要考虑,贝尔电话实验室和罗彻斯特大学现在已可运转的铝棒探测器没有记录到像韦伯博士报告的那种符合事例。
哈密顿和索恩博士预言,在1980年开始使用所想象那样的灵敏度之前,不可能得到确定的结果。索恩博士说,那时,不是理论家的预言得到证实,就是他们大吃一惊。
[本文选自《New York Times》1978年2月13日。田景发、谭大均译秦荣先校]