作者戴维·布莱尔，《对话》 学分:国家自然科学基金/ LIGO /索诺马州立大学/西蒙尼特，作者提供 2017年，天文学家第一次见证了黑洞的诞生
引力波探测器捕捉到了由两颗中子星碰撞形成黑洞引起的时空波动，然后其他望远镜观察到了由此产生的爆炸
但是黑洞是如何形成的真正本质，即物质在被封闭在黑洞事件视界之前的瞬间的运动，却没有被观察到
这是因为在这些最后时刻抛出的引力波的频率如此之高，以至于我们目前的探测器无法捕捉到它们
如果你能观察普通物质变成黑洞的过程，你会看到类似宇宙大爆炸的东西在倒退
设计引力波探测器的科学家们一直在努力研究如何改进我们的探测器，使之成为可能
今天我们的团队发表了一篇论文，展示了如何做到这一点
我们的提议可以让探测器对我们需要的高频敏感40倍，让天文学家能够在物质形成黑洞时听到它
它包括创造奇怪的新能量包(或“量子”)，这是两种量子振动的混合
基于这种技术的设备可以添加到现有的引力波探测器中，以获得所需的额外灵敏度
量子问题 引力波探测器，如美国的激光干涉仪引力波观测站(LIGO)，使用激光来测量两个反射镜之间距离的微小变化
因为它们测量的变化比单个质子的尺寸小1000倍，量子力学的效应——单个粒子或能量量子的物理学——在这些探测器的工作方式中起着重要作用
艺术家对光子与放置在引力波探测器输出级的毫米级声子晶体器件相互作用的构想
学分:卡尔·诺克斯/奥兹格拉夫/史文朋大学，作者提供 其中包含了两种不同的能量量子包，都是阿尔伯特·爱因斯坦预言的
1905年，他预言光以我们称之为光子的能量包的形式出现；两年后，他预测热能和声能以被称为声子的能量包的形式出现
光子在现代技术中被广泛使用，但是声子更难驾驭
单个声子通常被大量的随机声子淹没，这些声子是它们周围的热量
在引力波探测器中，声子在探测器的反射镜中来回反射，降低了它们的灵敏度
五年前，物理学家意识到，利用声子和光子相结合的设备，可以解决高频灵敏度不足的问题
他们展示了在量子包中携带能量的装置，这些量子包同时具有声子和光子的特性，可以有非常显著的特性
这些设备将涉及到一个被称为“共振放大”的熟悉概念的彻底改变
共振放大是当你推动操场秋千时所做的:如果你在正确的时间推动，你所有的小推力都会产生大的摆动
这种被称为“白光腔”的新设备可以同等放大所有频率
这就像一个秋千，你可以在任何时候推它，但最终还是会有很大的收获
然而，还没有人研究出如何制造这种设备，因为其中的声子会被热量引起的随机振动淹没
艺术家印象中的微型装置可以提高引力波探测器的高频灵敏度
学分:卡尔·诺克斯/奥兹格拉夫/史文朋大学，作者提供 量子解决方案 在我们发表在《通信物理学》上的论文中，我们展示了目前正在进行的两个不同的项目是如何完成这项工作的
哥本哈根的尼尔斯·玻尔研究所一直在开发一种叫做声子晶体的设备，在这种设备中，热振动由切割成薄膜的晶体状结构控制
澳大利亚工程量子系统卓越中心也展示了一种替代系统，其中声子被捕获在超纯石英透镜内
我们表明，这两种系统都满足产生白光腔所需的“负色散”的要求，负色散是指以反向彩虹模式传播光频率
当这两个系统被添加到现有引力波探测器的后端时，它们将把几千赫兹频率的灵敏度提高40倍或更多，这是听黑洞诞生所需要的
接下来呢？ 我们的研究并不代表改进引力波探测器的即时解决方案
在将这种设备变成实用工具的过程中，存在着巨大的实验挑战
但它确实为观察黑洞诞生所需的引力波探测器的40倍改进提供了一条途径
天体物理学家已经预测了中子星形成黑洞时产生的复杂引力波形
这些引力波可以让我们聆听一颗坍塌中子星的核物理
例如，已经表明它们可以清楚地揭示恒星中的中子是否仍然是中子，或者它们是否分裂成夸克的海洋，夸克是所有粒子中最小的亚原子粒子
如果我们能观察到中子变成夸克，然后消失在黑洞奇点中，这将与大爆炸完全相反，在大爆炸中，粒子从奇点中出现，进而创造了我们的宇宙
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