一种全新的理论框架表明，可利用现有的干涉仪探测时空中的微妙波动。

由华威大学牵头的研究团队制定出了一份单一且切实可行的路线图，用以探寻“时空波动”——众多量子引力理论认为，这种微小的随机涟漪可能交织于时空本身之中。

数十年前，物理学家约翰·惠勒便提出了时空或许并非绝对平滑的可能性。自那以后，多种主流的量子引力理论均指向了某种潜在的微小颤动。然而，问题在于这些理论在细节上并未达成共识。不同的模型暗示着不同的随机模式，因此，实验尚未明确一个共同的目标，即真实信号究竟应呈现何种形态。

在《自然·通讯》最新刊载的一项研究中，研究团队通过将各种可能性依据时空波动结构的差异划分为三大类型，成功化解了这一矛盾。该理论框架并未要求实验人员执着于验证某一特定学说，而是从假设性波动的数学描述出发，推导出仪器应当观测的物理量。

干涉仪并非直接测量时空，而是通过对比激光沿不同路径传播的时间，使其对长度的微小变化极为敏感。研究人员揭示了各类波动将如何在干涉仪数据中留下独特印记，这些数据既来自长达4公里的LIGO探测器，也来自英国（卡迪夫大学）和美国（加州理工学院）分别研发的QUEST和GQuEST等更小型的实验室仪器。

将理论转化为可衡量的信号

华威大学助理教授、论文第一作者沙米拉·巴拉穆鲁甘博士表示：“不同引力模型对随机时空波动的潜在趋势预测大相径庭，这让实验物理学家们无所适从。我们的研究首次构建了统一框架，将这些抽象的理论预测转化为可观测的具体信号。”

她继续说道：“这意味着，我们现在可以利用现有的干涉仪来检验一整类量子引力的预测结果，而无需等待全新技术的出现。这是朝着将物理学中一些最基本的问题稳固地纳入实验领域迈出的重要一步。”

该研究揭示了关于干涉仪的哪些信息

研究发现：

加州理工学院的桑德·维尔梅伦博士是该研究的合著者，他表示：“干涉仪能够以极高的精度测量时空。然而，若要使用干涉仪测量时空波动，我们需明确观测位置，即需确定观测频率，还需了解信号的呈现形式。借助我们的理论框架，如今我们能够针对众多理论对此进行预测。我们的研究结果表明，在探索量子引力的征程中，干涉仪是功能强大且用途广泛的工具。”

超越量子引力的更广泛影响

至关重要的是，此处所开发的新框架对波动背后的潜在机制持不可知态度：它仅需对假设的波动进行数学描述，并了解仪器的几何结构即可。这使得它不仅成为量子引力测试的有力工具，还可用于搜寻随机引力波、暗物质特征以及某些形式的仪器噪声。

华威大学理论物理学教授阿尼梅什·达塔（Animesh Datta）总结道：“借助这一方法，我们现在能够以一致且可比的方式，对任何提出的时空涨落模型展开研究。未来几年，我们可以利用这一方法设计出更智能的台式干涉仪，以证实或反驳可能的量子或半经典引力理论，甚至可以检验有关暗物质和随机引力波的新设想。”

参考文献：B·莎米拉（B. Sharmila）、桑德尔·M·弗梅伦（Sander M. Vermeulen）与阿尼梅什·达塔（Animesh Datta）所著《激光干涉仪中时空涨落相关性的特征》，发表于2025年12月23日《自然·通讯》（Nature Communications），DOI：10.1038/s41467-025-67313-3

本研究得到了英国科学与技术设施理事会（STFC）“基础物理学量子技术”项目（资助编号：ST/T006404/1、ST/W006308/1 及 ST/Y004493/1）以及利华休姆信托基金（Leverhulme Trust）研究资助 ECF-2024-124 和 RPG-2019-022 的支持。