科學家週二宣佈，人類創造過的最安靜的環境存在於距地球約 150 萬公里的地方。
在那裡，在歐洲航天局名為 LISA Pathfinder 的航天器內部的遮蔽下，兩個 4.6 釐米的金鉑立方體已達到近乎完美的靜止狀態，幾乎只受到純粹的重力作用，圍繞太陽執行。所有其他可能導致立方體移動的影響——碰撞的分子、撞擊的宇宙射線和搖擺不定的電磁場——只會產生大約相當於握在手中的單個病毒重量的合力。《物理評論快報》詳細介紹了這一壯舉，這是研究被稱為引力波的宇宙漣漪征程中的一個重要里程碑，併為深空中的未來引力波天文臺鋪平了道路。
引力波最早由愛因斯坦在一個多世紀前作為其廣義相對論的一部分預測，它是由宇宙中一些最劇烈的事件產生的——爆發的太陽、快速旋轉的中子星和碰撞的黑洞。然而，這些波非常難以觀測，因為它們通常表現為亞原子大小的振盪，遍佈時空的大片區域，即存在本身的結構。為了觀測到它們，科學家通常使用雷射精確測量兩個“測試質量”之間的距離，這些測試質量會隨著引力波的透過而微妙地伸展和擠壓。科學家們直到去年九月才首次直接觀測到引力波，當時來自超過十億光年之外的兩個中等大小黑洞合併產生的一些引力波穿過了地面高階雷射干涉儀引力波天文臺 (LIGO) 的雙探測器。來自遙遠合併的每個漣漪都在 LIGO 千米級探測器內產生了瞬間位移——小於質子的半徑——使得這次探測有點像用字面上的髮絲般的精度測量到半人馬座阿爾法星 4.5 光年的距離。
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LISA Pathfinder 於 2015 年 12 月發射，是研究人員希望使用假想的“雷射干涉儀空間天線”（因此得名 LISA）進行更雄心勃勃的測量的概念驗證，歐空局正在考慮在 2030 年代開發和發射該天線。LISA 將在可觀測宇宙中尋找超大質量黑洞合併產生的引力波，以前所未有的程度測試廣義相對論，並加深我們對宇宙時間中星系演化的理解。由於這些波是由更大、能量更高的物體產生的，因此它們的波長比 LIGO 研究的任何波都長得多，這意味著它們會在數小時而不是毫秒內，在測試質量的位置上產生亞原子級的調整——這些調整在地球引力場的嘈雜深處是無法測量的。為了達到測量這些波所需的長時間尺度和極端穩定性，LISA 將使用雷射連線的測試質量星座，分佈在數百萬公里的空曠空間中。作為這項史詩般努力的準備，Pathfinder 任務的目標是穩定和測量僅在測試質量——金鉑立方體（僅相隔 38 釐米）之間的距離。
歐空局 LISA Pathfinder 專案科學家 Paul McNamara 說：“我們採用了未來探測器提出的數百萬公里長度，並將它們縮小到不到 40 釐米，這樣我們就可以測試和理解所有可能擾亂測試質量並掩蓋這些引力波的影響。”“我們現在真正為類似 LISA 的任務打開了大門。我們所需的技術不再是黑魔法；它是現實。” 立方體的測量穩定性比 LISA Pathfinder 任務的保守預測好五倍以上，並且僅比全尺寸 LISA 任務的最嚴格穩定性閾值低約 25%。
高階 LIGO 專案執行主任 David Reitz 在一份宣告中稱，LISA Pathfinder 的成功是“精密測量領域的傑作”，它將把引力波的研究推向新的高度。“這些結果對未來的 LISA 任務來說是個極好的預兆，”Reitz 寫道。該航天器的實驗表明，“LISA 測量測試質量位移所需的精度已完全掌握，為引力波探測器的下一個時代奠定了基礎。”
LISA Pathfinder“技術包”負責人、物理學教授 Stefano Vitale 表示，該實驗極端穩定的秘訣在於其“不干預”方法。Vitale 說，金鉑立方體“與任何東西都沒有機械接觸；它們周圍都是空曠的”。“根本的訣竅在於，我們不是推動這些測試質量來跟隨航天器的運動，而是推動航天器。” 排列在航天器絕緣內腔內的電極檢測自由漂浮立方體的位置，偶爾會觸發微型推進器的輕柔點火，以使其遠離 LISA Pathfinder 的壁。這些操作非常精細。一千個微型推進器幾乎無法移動地球上的一張紙，但這艘半噸重的航天器只攜帶了六個。立方體透過紫外線脈衝進一步穩定，紫外線脈衝可以中和宇宙射線撞擊產生的極小電荷。
McNamara 說，現在對立方體運動的最大擾動是航天器內腔中仍然存在的稀薄大氣，其壓力僅為地球表面空氣壓力的十億分之一。LISA Pathfinder 團隊目前正在儘可能多地將殘留分子從測試腔中抽出，以進一步提高實驗的穩定性。McNamara 說：“我們現在受到氣體分子撞擊表面產生的隨機運動噪聲的限制，”——這種現象被稱為布朗運動，愛因斯坦在 1905 年用它來最終證明普通物質是由原子構成的。“換句話說，當我們試圖證明愛因斯坦在廣義相對論上是正確的時候，他的另一個預言——布朗噪聲——現在已經成為我們的限制！”