當天文學家首次發現長期預測的2015年引力波，它打開了一扇通往宇宙的全新窗口。
在此之前，天文學依賴於對所有波長的光的觀測。
我們還使用光進行通信，主要是無線電波。我們可以使用溝通？
這個想法很有趣，儘管超出了我們現在的能力。儘管如此，探索假設還是有價值的，因為未來的到來比我們有時想像的要早。
新的研究探討了這個想法以及它在未來如何應用。它的標題是“引力通信：基礎知識、最先進的技術和未來願景，”，可在印前網站 arxiv.org 上獲取。
作者是王厚田福和 Ozgur B. Akan。 Wang 和 Akan 均來自英國劍橋大學工程系物聯網研究組。
“引力波可以在很遠的距離上保持一致的信號質量，使它們適合執行太陽係以外的任務。”
王厚田福和 Ozgur B. Akan。
“引力波的發現為天文學和物理學打開了一個新的觀測窗口，為探索宇宙深處和極端天體物理現象提供了一種獨特的方法。除了對天文學研究的影響之外，引力波作為一種新的通信範式也引起了廣泛的關注，”作者解釋道。
傳統的電磁通信具有明顯的缺點和局限性。信號隨著距離的增加而減弱，從而限制了範圍。
大氣效應會干擾無線電通信並使其擴散和扭曲。還有視線限制，太陽天氣和太空活動也會干擾。
有什麼前途通信（GWC）的優勢在於它可以克服這些挑戰。
GWC 在極端環境下非常穩定，並且在極長的距離內損失的能量極少。它還克服了困擾電磁通信 (EMC) 的問題，例如擴散、失真和反射。
利用自然產生的引力波還有一種有趣的可能性，這意味著減少產生它們所需的能量。
作者指出：“引力通信，也稱為引力波通信，有望克服傳統電磁通信的局限性，實現跨極端環境和遠距離的穩健傳輸。”
為了推進這項技術，研究人員需要在實驗室中創造人工引力波（GW）。這是 GW 研究的主要目標之一。引力波極其微弱，只有快速移動的巨大質量才能產生它們。
甚至我們檢測到的引力波也來自於超大質量星系的合併（SMBH）具有數十億個太陽質量，只產生微小的影響，需要極其敏感的儀器，例如激光雷達來檢測。
生成足夠強大的引力波來檢測是必要的第一步。
作者寫道：“引力波的產生對於推進引力通信至關重要，但它仍然是當代技術發展中最重要的挑戰之一。”
“研究人員探索了各種創新方法來實現這一目標，包括機械共振和旋轉裝置，超導材料、粒子束碰撞，以及涉及高功率激光和電磁場的技術。 ”
GWC 背後有大量的理論工作，但實際工作較少。論文指出了應該採取哪些研究方向來彌合兩者之間的差距。
顯然，沒有辦法重現像在實驗室合併。但令人驚訝的是，研究人員早在 1960 年就開始考慮這個問題，遠早於我們檢測到引力波之前。
最初的嘗試之一涉及旋轉質量。然而，創造引力波所需的轉速是不可能達到的，部分原因是材料不夠堅固。涉及的其他嘗試和建議壓電晶體、超流體、粒子束，甚至高功率激光。
這些嘗試的問題在於，雖然物理學家了解其背後的理論，但他們還沒有合適的材料。科學家認為，一些嘗試產生了引力波，但它們的強度不足以被檢測到。
“高頻引力波通常由較小的質量或尺度產生，在實驗室條件下可以進行人工生產。但由於其振幅低且與當前探測器靈敏度不匹配，它們仍然無法被探測到，”作者解釋道。
需要更先進的檢測技術或某種方法來使生成的 GW 與現有的檢測功能保持一致。現有技術旨在從天體物理事件中檢測引力波。
作者解釋說，“研究應該集中在設計能夠在更廣泛的頻率和幅度範圍內運行的探測器。”
雖然網關避免了電磁通信面臨的一些問題，但它們並非沒有問題。由於它們可以傳播很遠的距離，GWC 面臨著衰減、相位畸變以及與緻密物質、宇宙結構、磁場和星際物質等相互作用而產生的偏振偏移問題。
這些不僅會降低信號質量，還會使解碼變得複雜。
還需要考慮獨特的噪聲源，包括熱引力噪聲、背景輻射和重疊的引力波信號。
作者寫道：“開發全面的通道模型對於確保這些環境中可靠和高效的檢測至關重要。”
為了充分利用引力波，我們還需要弄清楚如何調節它們。信號調製對於通信至關重要。看看任何汽車收音機，您都會看到“AM”和“FM”。 AM 代表“幅度調製”，FM 代表“頻率調製”。我們如何調節引力波並將其轉化為有意義的信息？
“最近的研究探索了多種方法，包括基於天體物理現象的幅度調製（AM）、暗物質引起的頻率調製（FM）、超導材料操控，以及基於非度量的理論方法，”作者寫道。
每一項都充滿希望，但也都充滿障礙。
例如，我們可以理論化使用調製引力波信號，但我們甚至不知道暗物質是什麼。
“頻率調製涉及超輕標量暗物質（ULDM）取決於對暗物質屬性和分佈的不確定假設，”作者寫道，對房間裡的大像說。
GWC 似乎遙不可及，但它蘊藏著巨大的希望，科學家們不願放棄它。在深空通信中，電磁通信因距離遙遠和宇宙現象的干擾而受到阻礙。 GWC 為這些障礙提供了解決方案。
更好的遠距離通信方法對於探索深空至關重要，而 GWC 正是我們所需要的。作者寫道：“引力波可以在很遠的距離上保持一致的信號質量，使它們適合執行太陽係以外的任務。”
實用的引力波通信還有很長的路要走。然而，曾經只是理論上的東西正在逐漸轉變為實踐。
“引力通信作為一個具有巨大潛力的前沿研究方向，正逐漸從理論探索走向實際應用。”王和阿坎在結論中寫道。這將取決於努力工作和未來的突破。
兩位研究人員知道，推進這一想法需要付出大量努力。他們的論文非常詳細和全面，他們希望它將成為這項工作的催化劑。
他們總結道：“儘管完全實用的引力波通信系統仍然不可行，但我們的目標是利用這次調查來突顯其潛力並刺激進一步的研究和創新，特別是對於太空通信場景。”
本文最初發表於今日宇宙。閱讀原文。
