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引力波记忆可以解释时空对称性2024年6月13日物理学17,95观察引力波记忆可能有助于物理学家检验广义相对论对时空结构中大尺度对称性的颈测.环境敏感区未来的弓力波探涮或注能筋探潟到由岁力波弓起的时空永久扭仰.引力波拉伸和收缩时空本身的结构。但是它们还有一个不太为人所知（也不太为人所知）的特性。经过之后，它们会在宇宙中留下永久的印记，永远改变空间两点之间的距离。这种效应被称为引力记忆,在广义相对论中预计非常小，但它可能会在未来的用力波探测器中被隔离，如星载激光干涉仪空间天线（1.1.SA）.德国马普引力物理研究所（阿尔伯特凌因斯坦研究所）的鲍里斯冈查罗夫和他的同事进行的一项新的理论研究探索了我们可能从引力记忆的检测中了解到的宇宙时空对称性一.这些结果表明，记忆观察可能为如何将广义相对论与量子理论统一起来提供见解，用3波也在强X的灾难性事件中产生的，如超新星爆发、黑洞合并,甚至宇宙本身的诞生。当引力波经过两个物体时一比方说，引力波探测器中的两个镜子一它会导致两个物体之间的距窗发生振荡。根据广义相对论，由波动引起的时空应变是-种局域化能量的形式，类似于大质量物体。因此，波会弯曲时空，就像床垫上的保龄球。这种弯曲产生了另一代引力波，进一步弯曲了时空。这个过程不断重匆，产生了代乂代的引力波，这些引力波共同导致空间两点之间的距离发生变化，这种变化在引力波的振荡平息后仍会持续很长时间.这种形式的重力记忆，被称为位移记忆，在50年前首次被预言2.2016年，物理学家发现了第二种引力记忆，称为自旋记忆，这是引力波源角动量的印记3这种重力扭曲"财物体的旋转运动仃永久的影响。自旋记忆和位移记忆都能引起波动的应变振幅发生可检测的变化，但这种杉响预计很小。“位移记忆的应变幅度大约是引力波信号应变幅度的10%，.冈查罗夫说“并且自旋记忆效应预期比位移记忆效应小得多。目前的引力波观测站还不够灵敏，无法探测到这两种效应。未来的天文台可能会有更好的运气。冈查罗夫和他的同事号虎在1.ISA中探测重力记忆的前景，以及爱因斯坦里远镜和宇宙探测器（两者都是未来的地基探测器）。与之前研究潜在记忆信号的工作不同，研究人员探索了记忆检测如何揭示我们宇宙时空结构中的对称性信息。这些所谓的渐近对称性涉及在远离任何星系或其他质量的大距离上进行的几何操作（如平移和旋转），其中重力为零。对于这些对称性看起来像什么以及它们有多少，有不同的模型。冈隹罗夫和他的同事研究了这些不同的对称模型对潜在记忆观察的影响。冈查罗夫说:“不同的对称模型允许时空在远距离发生不同的变形，从而产生不同形式的记忆。二例如，个模型产生位移记忆而不是旋转记忆，而另个模型产生两种效应。研究人员模拟了不同场景下的引力波信号。他们的结果表明，1.ISA有可能在超大质量黑洞合并事件中区分不同的对称模型。爱因斯坦望远镜和宇宙探索者可能很难看到单个事件的记忆效应，但可以提供累积观测的信息。如果引力波侦测器可以隔离记忆效应，进而看到特定对称模型的特徵，那麽研究人员或许可以了解一些量子场论.原因与红外：角"有关，这是一个连接基础物理三个领域的理论结构:记忆效应、时空对称性和描述粒子物理低能散射行为的所谓软定理。照亮三角形的一个角可以让你看到其他角。“这可能是一条统引力和:理论的道路，这是现代物理学中缺失的基石，”冈查罗夫说。1我认为尝试从观测的角度预测记忆效应是非常(ft得的，保罗拉斯基说，他是澳大利亚莫纳什大学的天体物理学家，没有参与这项研究.但他指出，大多数研究人员预计记忆信号将包括位移和自旋贡献。如果未来的探测器发现偏高这些预期，他不确定这对广义相对论和量子场论意味着什么。“我认为，对于如何解释与预期不符的观察结果，目前还没有个清晰的认识。但我想这就是让这切变得真正有题的原因！"他说。伊丽称白费尔南谯斯伊丽称白费尔南德斯是北卡罗来纳州罗利的自由科学作家。参考1 .B.冈察洛夫以及其勉人“用引力波记忆推断基本时空对称:从IJSA到爱因斯坦枭远镜”物理牧师宛特.132,241401(2024k2 .是啊。B.Zc1.dovich和A.G.Po1.narcv,“超致密恒星群的引力波辐射“苏联。阿斯特龙。18.17(1974).3 .南帕斯特斯基以及其色人，”新的引力记忆二I.高能物理。2016.53(2016)。Gravitationa1.-WaveMemoryMayI1.1.ustrateSpacetimeSymmetriesJune13,2024Physics17,95Observinggravitationa1.-wavememorymayhe1.pphysiciststestgenera1.re1.ativitypredictionsabout1.arge-sca1.esymmetriesinthefabricofspacetime.aE&Futuregr<vitaion1.n,uvdetectorsmayheab1.eodetectwnnune>twarpingof'swcetinecausedbygravitationa1.wives.Gravitationa1.wavesstretchandshrinkthefabricOfspaceiimeitse1.f.Buttheya1.sohavea1.esser-known(andIcsscr-Un(JcrsicxxI)property.Aftertheirpassage,they1.eaveapermanentmarkontheUniverse,foreverchangingthedistancesbetweentwopointsinspace.Thiseffect,ca1.1.edgravitationa1.memory,ispredictedingenera1.re1.ativitytobevcr>,sma1.1.,butitcou1.dpotentia1.1.ybeiso1.atedinfuturegravitationa1.-wavedetectors,suchasthespaceborne1.aserInterferometerSpacentenna(1.1S).newtheoretica1.studybyBorisGoncharovfromtheMaxP1.anckInstituteforGravitationa1.Physics(A1.bertEinstcinInstitute)inGermanyandco1.1.eaguesexp1.oreswhatwcmightIeamaboutspacetimesymmetriesofheUniversefromthedetectionofgravitationa1.memory(1.Theresu1.tssuggestthatmemoryobservationsmayofferinsightsintohowgenera1.re1.ativitycanbeunifiedwithquantumtheory.Gravitationa1.wavesarecreatedinpowerfu1.catac1.ysmiceventssuchasexp1.osionsofsupernova,themergerofb1.ackho1.es,andeventhebirthoftheUniverseitse1.f.Whenagravitationa1.wavepassesbytwoobjectssay.twomirrorsinagravitationa1.-wavedetectoritcausesosci1.1.ationsinthedistancebetween1.hcobjects.Accordingtogenera1.re1.ativity,thespacetimestraincausedbythewaveisaformof1.oca1.izedenergy,simi1.artoamassiveobject.A$such,thewavewi1.1.curvespacetime,1.ikeabow1.ingba1.1.sittingonama(trcss.Thiscurvingproducesanothergenerationofgravitationa1.waves,whichfurthercurvesspacetime.Theprocessrepeats,creatinggenerationaftergenerationofgravitationa1.wavesthattogethercauseachangeinthedistancebetweenthetwopointsinspace,whichremains1.ongaftertheosci1.1.ationsofthegravitationa1.wavehavedieddown.Thisformofgravitationa1.memory,ca1.1.eddisp1.acementmemory，WaSfirstpredicted50yearsago2.In2016.physicistsuncoveredasecondtypeofgravitationa1.mcmorj,.ca1.1.edspinmemory,whichisanimprintoftheangu1.armomentumofthesourcesOfgravitationa1.waves3.Thisgravitationa1.'"twisting"hasapermanenteffectontherotationa1.motionofobjects.Bothspinanddisp1.acementmemoriescancausedetectab1.echangesinthestrainamp1.itudeofawave,sosci1.1.ations,buttheeITectsarepredictedtobesma1.1.''Disp1.acementmemory'sstrainamp1.itudeisrough1.y10%ofagravitationa1.-wavesignasstrainamp1.itude,“saysGoncharov,ndspinmemoryCfTcCtSarcexpectedtobemuchsma1.1.erthanthoseofdisp1.acementmemory.Currentgravitationa1.-waveObscnatoricshavenotbeensensitiveenoughtodetecteitherefiect.FutureObSCrVatoriCSmighthavebe1.terhick.Goncharovandhisco1.1.eaguesconsidertheprospectsofdetectinggravitationa1.memoryin1.1Saswe1.1.astheEinsteinTe1.escopeandtheCosmicExp1.orer(bothfutureground-baseddetectors).Un1.ikepreviousworkthatinvestigatedpotentia1.mcmorjsigna1.s,theresearchersexp1.orehowamemorydetectionmightrevea1.informationaboutsymmetriesthatarebui1.tinto1.hcspacetimefabricofourUniverse.Theseso-ca1.1.edasymptoticsymmetriesconcerngeometricoperations(1.iketrans1.ationsandrotations)thatarcPerfbnneda(1.argedistancesfarawayfromanyga1.axiesorothermasses-wheregravitygoes1.ozero.Therearcdifferentmode1.sforwhatthesesyn11wtries1.ook1.ikeandhowmanyofthemarepresent.Goncharovandhisco1.1.eagues1.ookattheeffectthatthesedifferentsymmetrymode1.smighthaveonpotentia1.memoryobservations.oDiftcrcntsymmetrymode1.sproducedifferentformsofmemorybya1.1.owingdifferentdeformationsofthespacetimeat1.argedistances."SaySGoncharov.Onemode1.,forexamp1.e,generatesdisp1.acementmemorybutnotspinmemory,whi1.eanotherproducesbotheffects.Theresearcherssimu1.ategravitationa1.-wavesigna1.sinvariousscenarios.Theirresu1.tssuggestthat1.ISAcou1.dpotentia1.1.ydiscriminatebetweendifferentsymmetrymode1.sinmergereventsbetweensuermassiveb1.ackho1.es.heEinsteinTe1.escopeandtheCosmicExp1.orermayhaveahardertimeseeingmemoryeffectsfromindividua1.eventsbutcou1.dprovideinformationfromcumu1.ativeObSCrVatioi1.s.Ifgravitationa1.-wavedetectorscaniso1.atememoryeffectsand,furthermore,seesignaturesofaparticu1.arSymmCIrymcic1.,thenresearchersmightbeab1.eto1.earnsomethingaboutquantumfie1.dtheory.hereasonhastodowiththe"infraredtriang1.e/*atheoretica1.constnctthatconnectsthreeareasinfundamenta1.physics:memoryeffects,spacetimesymmetries,andso-ca1.1.edsofttheoremsthatdescribe1.ow-energyscatteringbehaviorinquantumphysics.I1.1.uminatingonecomerofthetriang1.ecan1.eadtoinsightsabout1.hcothercomers.fcfcThismaybeapathtowardaunificationofgravityandquantumtheory,whichisamissingcornerstoneinmodernphysics/,saysGoncharov.“Ithinkit'sextreme1.yworthwhi1.etotrytopredictmemoryeffectsfromanObsenationa1.pointofVieWJsaysPau1.1.asky,anastrophysicistatMonashUniversity,Austra1.ia,whowasnotinvo1.vedinthestudy.Buihepointsout(hatmostresearchersexpectthatmemorysigna1.swi1.1.inc1.udebothdisp1.acementandspincontributions.Iffuturedetectorsseeadeviationfromthoseexpectations,he,snotsurewhatthatwou1.dmeanforgenera1.re1.ativityandquantumfie1.dtheory.don'tthinkthere'scurrent1.yac1.earunderstandingofhowtointerpretanobservationthatdoesn'tagreewithexpectations.ButIguessthatthisiswhatmakesa1.1.ofthisrea1.1.yfunandimeres1.ing!”hesays.E1.izabethFernandezEI7behFeniandezisaFree1.aneesciencewriterbasedinRa1.eigh,NorthCaro1.ina.References1. B.GoncharovetR.,“Inferringfundamenta1.spacetimesymmetrieswithgravitationa1.-wavememory:From1.IStotheEinsteinTe1.escope,''Phys.Rev.1.ett.132,241401(2024).2. Ya.B.ZcdovichandA.G.Po1.narcv.44Radiationofgravitationa1.wavesbyac1.usterofsuperdensestars,"Sov.Astron.18.17(1974).3. S.Pasicrskieta1.,mNcwgravitationa1.memories,''J.HighEnerg.Phys.2016,53(2016).