理论物理学家提议利用光波操控引力波的实验方案

德国德累斯顿亥姆霍兹中心（HZDR）的理论物理学家拉尔夫·舒茨霍尔德教授提出了一个实验构想，旨在探索通过光波与引力波的相互作用来实现对引力波的主动操控。该核心理念基于引力对所有形式的能量，包括光，都会产生影响的物理原理。舒茨霍尔德教授的理论方案，详细阐述于其2025年发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）的论文中，设想在光波与掠过的引力波之间转移微小的能量包，这些能量包被类比为引力子。

这种能量交换过程预计将导致通过的引力波的强度发生微小增加，同时伴随着光波频率出现极其微弱的对应偏移。要精确测量这一效应，实验装置的规模和技术要求极为严苛。该方案要求激光脉冲在一公里长的设置中，需要在镜面之间反射多达一百万次，从而构建出约一百万公里的光程长度。这种精密的频率偏移需要通过精心设计的干涉仪来展现。

该技术框架与诸如加州理工学院（Caltech）和麻省理工学院（MIT）运营、并由美国国家科学基金会（NSF）资助的LIGO等现有引力波探测器所采用的原理具有相似之处。LIGO的第四次观测运行（O4）已于2025年11月18日按计划结束，目前正进入升级调试阶段。LIGO的干涉臂长达4公里，其灵敏度极高，能够测量到比质子直径万分之一还小的长度变化。现有先进LIGO已通过增加激光功率和改进测试质量（先进LIGO的测试质量增至40公斤）等措施，将灵敏度提升至初始LIGO的数倍。

舒茨霍尔德教授进一步指出，引入纠缠光子可以显著提升干涉仪的探测灵敏度，这可能为研究人员推断引力场的量子态本身提供可能性。尽管这并非直接证明引力子的存在，但实验的成功将有力地支持当前的引力子理论模型，反之，若实验失败，则可能证伪该理论基础。截至2025年，拉尔夫·舒茨霍尔德教授被确认担任亥姆霍兹中心理论物理研究所的所长一职。

从更宏观的视角来看，这项提议为探究引力的量子特性提供了一条理论上具有重要意义的实验路径。2015年LIGO首次探测到双黑洞并合引力波，标志着天文学进入新纪元。舒茨霍尔德的构想，尽管面临巨大工程挑战，其优势在于将一个可观测的物理量——光波频率的偏移——与引力（被假定由引力子携带）的相互作用直接关联起来，这与LIGO通过测量时空涟漪来探测引力波的原理形成了对比和延伸。此外，2025年10月在浙江杭州举办的“2025引力波物理研讨会”也聚焦于引力波前沿交流，显示出全球对引力研究的持续投入。

成功验证光与引力波的能量交换，将是对引力作为一种基本作用力在量子层面上理解的重大飞跃，有望为解决广义相对论无法在量子场论框架下与其他三种基本力统一描述的难题提供新的思路。