广义相对论关于引力波的另一个预测尚未被证实

2016年，引力波的首次检测为爱因斯坦的广义相对论提供了决定性的确认。但广义相对论另一个预测仍未得到证实：每一个引力波都应该在时空结构上留下不可磨灭的印记，它会使空间永久变形，即使在引力波通过之后，引力波探测器的反射镜也会发生位移。物理学家一直试图弄清楚如何测量这种所谓的引力“记忆效应”。

记忆效应和时空对称性之间存在着密切联系，它最终与黑洞中信息的丢失有关，这是时空结构中一个非常深刻的问题。通过探索物质、能量和时空之间的联系，物理学家们希望能够更好地理解霍金的黑洞信息悖论。

时空的伤疤

为什么引力波会永久地改变时空的结构？这可以归结为广义相对论对时空和能量的密切联系。

LIGO探测到的物体非常遥远，它们的引力微弱到可以忽略不计。但是引力波的传播范围比引力要长，导致记忆效应的性质：引力势。在简单的牛顿术语中，引力势衡量的是一个物体从一定高度下落时能获得多少能量。但在广义相对论中，时空根据物体的运动向不同方向拉伸和压缩，一个势不仅决定了一个位置的势能，它还决定了时空的形状。

20世纪60年代，当时四位物理学家想要更好地理解广义相对论。他们想知道在一个远离宇宙中所有质量和能量的假设区域会发生什么，在那里引力可以忽略不计，但引力辐射不能。他们首先查看该区域遵循的对称性。

根据狭义相对论，他们已经知道世界的对称性，其中时空是平坦且没有特征的。在如此平滑的世界中，无论您身在何处、面向哪个方向以及移动的速度如何，一切看起来都是一样的。这些属性分别对应于平移、旋转和增强对称性。物理学家们期望，在远离宇宙中所有物质的无限远处，在一个被称为“渐近平坦”的区域，这些简单的对称性将重新出现。

令他们惊讶的是，除了预期的对称性外，他们还发现了无穷无尽的对称性。新的“超平移”对称性表明，时空的各个部分可以被拉伸、挤压和剪切，而在这个无限遥远的区域，其行为将保持不变。2014年，哈佛大学物理学家安德鲁·斯特罗明格发现，记忆效应是这些对称性的物理表现。

测量方法

可惜的是，LIGO科学家还没有看到记忆效应的证据。LIGO反射镜与引力波之间的距离变化很小，大约是质子宽度的千分之一，而记忆效应预计还要小20倍。

另外，地球的引力也会将LIGO的镜子恢复到原来的位置，抹去它的记忆。所以即使时空中的扭结是永久的，镜子位置的变化也不是永久的。研究人员需要在重力把镜子拉回来之前，测量由记忆效应引起的镜子的位移。

虽然用目前的技术无法探测单个引力波引起的记忆效应，但我们还能有效地将多个合并的信号叠加起来，以一种非常严格的统计方式积累证据。我们需要超过1000个引力波事件来积累足够的统计数据，以确认能够观测到所谓的记忆效应。