世界不思議

觀測萬有引力常數G的時間變化 研究提新方法


科學家引入一系列數值恆定不變的物理常數,用以解釋我們所處的宇宙,比如萬有引力常數G就是其中的一個,用於量化兩個巨大天體(或任何兩個物體)之間的引力。

一些科學家懷疑這些常數也許在漫長的宇宙歷史中是有變化的。一些引力的替代理論,推測萬有引力常數G隨著時間會出現變化。

印度公共研究機構塔塔基礎研究院(Tata Institute of Fundamental Research)的研究員最近提出一個方法,可以推測萬有引力常數在漫長的宇宙歷史中浮動的範圍。

主要研究員阿吉斯(Parameswaran Ajith)說:「我們的研究顯示,從兩個中子星合併事件發出的引力波,能夠測出萬有引力常數G的浮動範圍。」

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他們從引力波信號測出GM/c²的總體數值,其中M是合併後中子星的質量,c是光速。雖然現在無法獨立測量每個中子星的質量,但是研究人員知道中子星的質量範圍:一個中子星要是太大,將在自身引力的作用下坍塌;如果太小,它就留不住自身的物質。

由此,這份研究提出從中子星質量的範圍即可推算出在它們合併的時候,萬有引力常數G的範圍。

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以前,研究人員只能探測到很早期宇宙——比如大爆炸之後幾分鐘時期,或是「近期」——距今約1億年前萬有引力常數G的情況。有了這種新方法,研究人員就能看到在其它宇宙時期萬有引力常數G的情況。

而且,隨著科學家探測引力波設備敏感度越來越高,將來能探測到更多這類合併事件,也就能了解更多宇宙時間點上常數G的變化情況。

「像美國的LIGO和意大利的Virgo這些引力波探測器都在持續提升敏感度,日本和印度也在建造新的探測器。」阿吉斯說,「未來十年,我們將能夠探測到數百對中子星合併事件的引力波,下一代的探測器將能探測到數百萬對。每個觀測數據都能提供那個宇宙時間點上常數G的數值範圍。如此,我們應該能建立一份萬有引力常數G在宇宙前後百億年內數值範圍的圖冊。」

這份研究5月18日發表於《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

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