2015年，科学家们捕捉到了13亿光年外一次宇宙级别“搏斗”的证据。他们通过首次探测到引力波——由大质量天体相互作用产生的时空涟漪——而观测到了这次双黑洞碰撞。但现在，物理学家们希望看得更远。这样做可以帮助他们精确测量碰撞的中子星所产生的波，而这些碰撞可能是包括黄金在内的许多地球元素的来源。为此，他们需要有史以来最灵敏的引力波探测器。这些捕捉引力波的设备都依赖于相同的机制。美国激光干涉引力波天文台（LIGO）及其欧洲的姊妹台Virgo，向两根长达数英里的、末端装有镜子的臂中发射激光。通过的引力波会使镜子产生小于原子宽度的微小晃动，科学家们通过测量激光光子从中反弹回来时的时间差来探测这些涟漪。通常情况下，光子会以随机的间隔离开激光器，因此信号是模糊的。
想象一下，这些光子就像雨滴，而我们测量引力波所需的时间就像一条人行道。零星的雨滴独立地落在人行道上。有些地方可能会保持干燥更长时间，而有些地方则会湿透。雨滴的颗粒性，就像光子的粒子性一样，会导致“颗粒感”。
现在，物理学家们可以抹平这些比喻性的雨滴。在升级后的探测器中，一种称为“压缩光”的量子物理原理正在帮助研究人员描绘出更精确的图像。压缩光的工作原理是将激光通过一种特殊晶体，该晶体能够调整光子流的速率，使它们分布得更均匀。
与其随机落下，不如说每一滴雨滴落在已经湿润地方的可能性比落在干燥区域的可能性更小。其结果是人行道方块上更均匀的喷洒。或者，在引力波的情况下，是近乎完整的上下波形，而不是不均匀且跳跃的图像。
在一个维度上压缩意味着在另一个维度上拉伸，但科学家们可以牺牲光能量的确定性，而不会丢失任何关键信息。“我们操纵光，将更多的不确定性置于一个（测量）中，以便更准确地测量另一个，”加的夫大学LIGO合作者Katherine Dooley说。
压缩光技术已经使德国较小的GEO600探测器的精度提高了四倍。如果LIGO和Virgo也能看到类似的提升，我们将能从宇宙中挤出更多中子星碰撞的信号——那是引力彩虹尽头的黄金宝藏。
1. 比例严重失调
我们的整个银河系会比这张纸上的一个句号还要小。
2. 36亿光年
LIGO利用微小的震动来探测质量为太阳30倍的黑洞碰撞。
3. 49亿光年
压缩光将使LIGO的探测范围足够远，能够探测到地球存在之前就已合并的黑洞。
本文最初发表于《大众科学》2018年秋季“微型”特刊。
