引力波是否會永久地扭曲時空？

黑洞碰撞是否會對時空造成永久性的“創傷”

愛因斯坦提出廣義相對論中對引力波進行了預測，直到

在2016年2月11日，科學界利用高階LIGO探測器，首次探測到了來自於雙黑洞合併的引力波訊號。

但另一個驚人的預測仍未得到證實：根據廣義相對論，每一次引力波都應該在時空結構上留下不可磨滅的印記，它應該永久地拉緊空間，即使在引力波透過之後也會改變引力波探測器的反射鏡。

自從大約六年前第一次發現引力波存在以來，物理學家一直試圖弄清楚如何測量這種所謂的 引力“記憶效應”，科學家感到記憶效應絕對是一種神奇的現象。

透過探索物質、能量和時空之間的聯絡，物理學家希望能夠更好地理解斯蒂芬霍金的

黑洞資訊悖論

，這一直是五十年來天體物理研究的主要焦點。學界分析記憶效應應該與時空對稱性之間有著密切的聯絡。“記憶效應”最終與黑洞中的資訊丟失有關，這是空間和時間結構中一個非常深刻的問題。

時空的傷疤

為什麼引力波會永久改變時空結構？這應該歸結為廣義相對論對時空和能量緊密聯絡的論述。根據廣義相對論對引力記憶效應的描述，引力波經過後，

LIGO探測器

應該永久保持微小的變形。LIGO 探測到的

雙黑洞非常

遙遠，它們的引力微弱到可以忽略不計。但是引力波的作用範圍很遠，而且具有引力記憶效應的屬性：引力勢。

在廣義相對論中，時空根據物體的運動，向不同方向拉伸和擠壓，引力勢不僅決定了某個位置的勢能—它還決定了時空的形狀。“記憶效應”體現的是引力勢的變化，經過空間的引力波能量會導致引力勢發生變化，即使在波過去之後，引力勢位的變化也會扭曲時空。

超級對稱

廣義相對論暗示時空結構具備隱藏的對稱性，在過去的十年裡，物理學家已經明確地建立了這種聯絡。

物理學家假設有一片區域，遠離宇宙中所有質量和能量，在這片區域中雖然引力可以忽略不計，但引力輻射不能。如果根據狹義相對論的對稱性原理，時空是平坦且沒有特徵的，那麼在這個世界中，無論身在何處、面向哪個方向以及移動的速度如何，一切看起來都是一樣的。

探索悖論

時空具有儲存資訊的潛力，這可能是解決臭名昭著的黑洞資訊悖論的關鍵。簡而言之，資訊 如果不能被創造或破壞，那麼，粒子落入黑洞並作為無資訊霍金輻射發射後，關於粒子的資訊會去哪裡呢？

黑洞

的視界與漸近平坦空間中的視界具有相同的超平移對稱性。按照邏輯，會伴隨有記憶效應，這意味著落入的粒子可以改變黑洞附近的時空，從而改變其資訊內容。這為資訊悖論提供了可能的解決方案，即：粒子資訊並沒有丟失—它只是被永久地編碼在時空結構中了。

“幽靈”的干擾

科學家雖然發現了引力波，但是，由於LIGO 反射鏡與引力波之間的距離變化很小—大約是質子寬度的千分之一而要檢測記憶效應，保守預計還會小 20 倍。加之我們嘈雜的星球使得 檢測記憶效應的環境更加糟。低頻地震的噪聲就像“幽靈”一樣，會極大影響引力裝置的檢測結果，從環境噪聲中分離出引力訊號對於科學家來說是一項非常棘手的工作。

目前，科學家也沒有什麼太好的辦法解決干擾的問題，只能是透過多次

疊加訊號的方式再進行嚴格的統計，積累證據。按照預測，至少需要1000次以上的引力波事件才能積累足夠的統計資料。

這項“頭疼”的工作可能至少需要幾年的時間才能夠完成，但是如果實現了那麼結果還是會很讓人興奮的。