物理學家提出利用光與引力波交互作用進行主動操控的實驗構想

德國德勒斯登亥姆霍茲中心（HZDR）的理論物理學家拉爾夫·舒茨霍爾德教授（Professor Ralf Schützhold）提出了一項實驗方案，旨在實現科學家對引力波的「主動操控」能力，其核心機制在於引力波與光波之間的能量交換。舒茨霍爾德教授目前擔任HZDR理論物理研究所所長，該研究所專注於非平衡現象的基本研究，包括強烈雷射場中的量子效應等領域。

該理論構想的基礎，源於物理學中引力作用於所有形式能量的普適原理，自然也包括光。舒茨霍爾德的提案描述了一種機制，即在光波與掠過其間的引力波之間，轉移微小的能量包，這些能量包類比於引力子的概念。根據其在2025年發表於《物理評論快報》（Physical Review Letters）的論文中所述，這種能量交換將導致通過的光波頻率發生極其微小的偏移，同時使掠過引力波的強度略微增強。

要偵測到如此微弱的效應，需要極為龐大的實驗規模和精密的儀器配置。實驗設計要求雷射脈衝在一個長達一公里的裝置內，被鏡面反射高達一百萬次，從而累積出約一百萬公里的光學路徑長度。最終的頻率偏移需要透過精心設計的干涉儀來進行測量，此類儀器在概念上與現有的引力波探測器有著結構上的相似性，例如由加州理工學院（Caltech）和麻省理工學院（MIT）營運、並由國家科學基金會（NSF）資助的雷射干涉引力波天文台（LIGO）。LIGO及其國際合作夥伴（如Virgo和KAGRA）在引力波探測領域已取得重大進展；LIGO第四次觀測運行（O4）已於2025年11月18日結束，隨後進入升級與調試階段，預計在2026年夏末或初秋開始下一次觀測運行。

舒茨霍爾德進一步提出，若能利用量子糾纏的光子，將能顯著提升干涉儀的靈敏度。這種靈敏度的提升，或許能讓研究人員進一步推斷出引力場本身的量子態，這在當前物理學中是一個極具挑戰性的目標，因為重力是四種基本作用力中唯一尚未被成功量子化的。儘管這項實驗並不能直接證明引力子的存在，但若實驗成功，將強烈暗示其存在，因為理論上，若無法觀測到預期的光頻率變化，則現行的基於引力子的量子引力理論將被證偽。

這種實驗路徑的理論意義重大，它將可觀測的物理現象（光頻率偏移）與引力傳播的假想粒子（引力子）直接聯繫起來，為探索量子引力這一基礎物理學的未解難題提供了可操作的實驗框架。當前，LIGO等探測器已能測量到比質子直徑小萬分之一的時空變化，這顯示了當代儀器在極微小尺度測量上的能力。舒茨霍爾德的提議，雖然面臨著極為嚴苛的技術挑戰，但它巧妙地借鑒了現有引力波探測技術的基礎，為未來在量子層面探測引力提供了理論上的藍圖。