2015年，科學家利用激光干涉儀首次直接探測到引力波。自那以后，已經(jīng)有越來越多的引力波事件被探測到。

但是，人類對引力波的理解可能才剛剛開始。引力波所具備的很多特征都有待人們的挖掘。

　　近日，武漢大學物理科學與技術(shù)學院侯紹齊博士、范錫龍教授和朱宗宏教授在《物理評論D》上共同發(fā)表了一篇關(guān)于引力波的論文。他們研究認為，引力波的透鏡效應(yīng)會引起引力波偏振面的轉(zhuǎn)動和法拉第旋轉(zhuǎn)。而且，原則上這些效應(yīng)可以被激光干涉儀探測到。

引力波會旋轉(zhuǎn)？這是怎么回事呢？

引力波就“在”你手上

　　“引力波和光有著諸多相似性?！闭撐牡谝蛔髡吆罱B齊介紹，在真空中，引力波和光都以每秒30萬公里的速度傳播，它們都沒有質(zhì)量；光波是帶有時空周期性的電磁場，而引力波則是時空周期性分布的引力場；光波是一種橫波，引力波也是一種橫波。

　　1915年，愛因斯坦提出了廣義相對論，并預(yù)言光線在星體附近會發(fā)生偏折，即引力透鏡效應(yīng)。這一現(xiàn)象于1919年被其他科學家探測到，成為支持廣義相對論的有力證據(jù)。

　　“由于引力波和光都是波，他們應(yīng)該具有相似性，我們可以根據(jù)廣義相對論推測，大質(zhì)量天體附近的光線偏折現(xiàn)象，也會發(fā)生在引力波上。”范錫龍說。

此次研究預(yù)測，引力波在大質(zhì)量星體附近不僅僅會發(fā)生傳播方向的改變，隨之而來的還有偏振面的轉(zhuǎn)動和法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。

為了讓大家更好地理解引力波偏振面的轉(zhuǎn)動和法拉第旋轉(zhuǎn)，范錫龍教授想出一個簡單的方法——用我們的手指來幫忙。

　　伸出你的右手，讓右手的拇指、食指、中指這三個手指相互垂直。用中指的指向代表引力波的傳播方向，那么拇指和食指所在平面就代表所謂的引力波偏振面，也就是引力波在這個面內(nèi)的振動。

　　然后，可以嘗試改變中指的指向，同時依然保持三個手指的相互垂直關(guān)系。這時候你便會發(fā)現(xiàn)，隨著中指指向的改變，拇指和食指所在的平面也跟著改變。如果引力波也發(fā)生類似的變化，就把它稱之為引力波偏振面的轉(zhuǎn)動。

法拉第旋轉(zhuǎn)則是另一種效應(yīng)。為了形象地理解法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，三個手指依然可以派上用場。

　　這一次，你需要保持中指的指向，而改變拇指和食指的指向。在這種情況下，雖然拇指和食指的指向發(fā)生了變化，它們?nèi)匀辉谠瓉淼钠矫鎯?nèi)轉(zhuǎn)動。類似的現(xiàn)象如果發(fā)生在引力波上，我們就把它叫作引力波法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。

微小變化有待未來“捕捉”

“原則上，這兩種效應(yīng)都可以被激光干涉儀探測到。不過，并非現(xiàn)在?！?侯紹齊說。

　　侯紹齊介紹，激光干涉儀對引力波的測量數(shù)據(jù)與引力波相對于干涉儀的傳播方向有關(guān)，也跟是否發(fā)生法拉第旋轉(zhuǎn)有關(guān)。當引力波經(jīng)過大質(zhì)量星體之后，其偏振面發(fā)生轉(zhuǎn)動并伴有法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。這些變化導致激光干涉儀得到的數(shù)據(jù)隨之變化，從而可以利用干涉儀探測這兩種效應(yīng)是否發(fā)生。

　　但是，由于在引力波透鏡效應(yīng)中，引力波的傳播方向僅發(fā)生了非常微小的變化，所以其偏振面轉(zhuǎn)動而引起的激光干涉儀的響應(yīng)微乎其微，目前還無法測量得到。相比之下，法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)更加微弱，現(xiàn)有條件下也很難測量得到。

“當然，這并不意味著，以后也無法探測到?！?范錫龍告訴科技日報記者，在今后10年到20年內(nèi)，世界范圍內(nèi)會建立多個基于地面的引力波探測器，太空中可能也會出現(xiàn)多個空間引力波探測器。這些探測器的靈敏度更高，從而有可能在未來探測到引力波的偏振面轉(zhuǎn)動和法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。

那么，探測到引力波偏振面的轉(zhuǎn)動和法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，對于引力波研究而言又有何意義？

　　范錫龍回答說，對引力波偏振面可以發(fā)生轉(zhuǎn)動的預(yù)測，主要基于愛因斯坦的廣義相對論預(yù)言，因此探測到引力波偏振面的轉(zhuǎn)動可以更加全面地檢驗廣義相對論，是對引力波性質(zhì)的全方位的認識。

　　另外，探測到引力波的法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，可以使我們了解引力波物理的豐富性，加深對時空本質(zhì)的理解，并預(yù)示引力波可能還有更多奇特的性質(zhì)尚未發(fā)現(xiàn)。(劉園園)

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