黑洞或中子星在太空深處產生的引力波已經被發現可以到達地球。然而它們的影響非常小，要用一公里長的測量設備才能觀察到。因此物理學家們正在討論具有有序量子特性的超冷和超微玻色-愛因斯坦凝聚態是否也能探測到這些波。德國德累斯頓-羅森多夫中心(HZDR)和德國德累斯頓大學的拉爾夫·舒茨霍爾德教授研究了這些建議的基礎，並在《物理評論D》期刊上寫道：這些證據遠遠超出了現有方法的能力。早在1916年阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)就向普魯士科學院(Prussian Academy of Sciences)提交了一篇文章。
博科園-科學科普：在這篇文章中他證明了巨大的恆星等運動的質量在相互圍繞對方旋轉時，會在空間和時間上留下凹痕，並以光速傳播。這些凹痕被稱為引力波，應該像無線電波、光波和其他電磁波一樣精確移動。然而，引力波的作用通常是如此微弱，以至於愛因斯坦相信引力波永遠無法測量。產生這種懷疑的原因是引力波很弱。例如即使地球相當大的質量，以接近每秒30公里的速度繞太陽運行，產生的引力波功率也只有300瓦。這甚至還不足以為貼上“能源之星”標籤的商用吸塵器提供動力。因此這些引力波的影響是察覺不到的。
當黑洞合併時
當涉及到大得多的群眾時，情況就會改善。當兩個巨大黑洞在距離地球13億光年的地方合併時，一個黑洞的質量約為36個太陽，另一個黑洞的質量約為29個太陽，時空都在顫抖。在這次合併中，一個三倍於太陽的質量轉變成一個巨大的引力波，13億年後的9月14日，中歐時間上午11:51，引力波的殘餘到達了地球。由於波在如此巨大的距離內向各個方向傳播，並傳播到難以想象的大空間，它們的能量被極大地削弱。在地球上只接收到一個非常微弱的信號，這個信號是在美國用兩個4公里長的垂直真空管記錄下來的。兩個特殊的激光束在這些設備端點之間來回發射。
插圖顯示了兩個黑洞是如何合併的，這導致引力波產生。圖片：LIGO / T. Pyle
從一束光到達另一端所需的時間，研究人員可以非常精確地計算兩點之間的距離。HZDR的研究員拉爾夫·舒茨霍爾德(Ralf Schutzhold)概述了他同事們的研究結果：當引力波到達地球時，兩種測量距離中的一種在兩種設備上都縮短了一萬億分之一毫米，而另一種垂直延伸的距離也差不多。因此在2016年2月11日，經過對數據的詳細分析，研究人員報道了阿爾伯特·愛因斯坦預測的引力波的首次直接探測，三位有貢獻的研究人員在2017年獲得了諾貝爾物理學獎。
同步原子
天體物理學家現在可以利用這些波來觀察太空中的大質量事件，如黑洞合併或超新星。物理學家們現在在問，是否有可能建造比垂直真空管4公里長更容易處理的設備。一些人建議使用玻色-愛因斯坦凝聚態，這是一種物質的形式，薩特延德拉納特玻色和阿爾伯特愛因斯坦早在1924年就預測到了。Schutzhold解釋：這種冷凝物可以被認為是來自單個原子的高度稀釋的蒸汽，這些原子被冷卻到極端，因此會冷凝。1995年美國的研究人員創造了一種玻色-愛因斯坦凝聚態。
在極低的溫度下，僅僅略高於負273.15攝氏度的絕對零度，大多數金屬原子，如銣，以相同的量子態存在，在較高的溫度下形成混沌的大雜燴。Schutzhold說：與激光粒子類似，這些玻色-愛因斯坦凝聚態的原子可以說是同步運動的。然而引力波可以在同步的原子冷凝物中改變聲音粒子或聲音量子(物理學家稱之為聲子)。拉爾夫•舒茨霍爾德(Ralf Schutzhold)在描述這一過程時說：這有點像一大桶水，地震產生的波會改變現有的水波。
證據太少了
然而當HZDR理論物理系的負責人仔細研究這一現象的基本原理時，他確，為了探測由合併的黑洞發出的引力波，這種玻色-愛因斯坦凝聚態的大小必須比目前可能的大幾個數量級。今天玻色-愛因斯坦凝聚在一起，例如通過巨大的努力獲得了100萬個銣原子，但要探測引力波，需要的原子數量是這個數字的100多萬倍。然而在玻色-愛因斯坦凝聚態中形成了一種渦旋，在這種渦旋中引力波直接產生更容易觀察到的聲子。但即使有如此不均勻的玻色-愛因斯坦凝聚態，我們仍然需要數個數量級才能探測到引力波。
然而HZDR的研究人員提供了一個可能證明的線索：如果惰性氣體氦被冷卻到絕對零度以上不到2度，就會形成一種超流體液體，它不是純玻色-愛因斯坦冷凝液，但含有這種同步氦原子的不到10%。由於這種超流體氦的產量要大得多，因此用這種方法可以比直接生產多出許多數量級的玻色-愛因斯坦凝聚態原子。超流體氦是否真的是一種探測引力波的方法，只能通過極其複雜的計算才能證明，因此引力波的微型探測器仍在未來的某個時候存在。
博科園-科學科普｜研究/來自：亥姆霍茲德國研究中心協會
參考期刊文獻:《物理評論D》
DOI: 10.1103/PhysRevD.98.105019
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