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物理学划时代成就!具有里程碑意义的引力波!

2016-02-15 10:04  来源: 新华社

美国科学家11日宣布,他们探测到引力波的存在。引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。

美国加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台(LIGO)”的研究人员当天在华盛顿举行记者会,宣布他们利用LIGO探测器于2015年9月14日探测到来自于两个黑洞合并的引力波信号。  

据他们估计,这两个黑洞合并前的质量分别相当于36个与29个太阳质量,合并后的总质量是62个太阳质量,其中相当于3个太阳质量的能量在合并过程中以引力波的形式释放。  

LIGO探测器是美国分别在路易斯安那州利文斯顿市与华盛顿州小城汉福德市建造的两个引力波探测器,不久前完成了改造升级,其探测灵敏度相比2010年提高了约10倍。  

引力波是一种时空涟漪,如同石头被丢进水里产生的波纹一样。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。100年前,爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实,唯有引力波一直徘徊在科学家的“视线”之外。

 

2月11日,加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台(LIGO)”的研究人员当天在华盛顿举行记者会,他们探测到引力波的存在。引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。这是美国路易斯安那州利文斯顿市的激光干涉引力波天文台的资料照片。 新华社发

 

美国华盛顿州汉福德市的激光干涉引力波天文台的资料照片。 新华社发

 

技术人员在关闭舱门抽制真空前检查光学部件。 新华社发

 

什么是引力波?

物理学上,引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动,如同石头丢进水里产生的波纹一样,引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”。通常引力波的产生非常困难,地球围绕太阳以每秒30千米的速度前进,发出的引力波功率仅为200瓦,还不如家用电饭煲功率大。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件才可以形成强大的引力波,但能产生这种较强引力波的波源距离地球都十分遥远,传播到地球时变得非常微弱。

 

“逼格”很高的引力波有何现实意义

马克斯·普朗克引力物理研究所(阿尔伯特·爱因斯坦研究所)所长艾伦(Bruce Allen)表示,“爱因斯坦当初认为引力波太过微弱而无法探测,并且他从未相信过黑洞的存在。不过,我想他并不介意自己在这些问题上弄错了。”  

“通过这项发现,我们人类开启了一场波澜壮阔的新旅程:一场对于探索宇宙那弯曲的一面(从弯曲时空而产生的事物和现象)的旅程。黑洞的碰撞和引力波的观测正是这个旅程中第一个完美的范例。”——索恩(Kip Thorne)  

“引力波的直接探测实现了50年前就设定好了的伟大目标:直接探测难以捕捉的事物,更好地理解宇宙,以及,在爱因斯坦广义相对论100周年之际完美地续写爱因斯坦的传奇。” ——加州理工学院,LIGO天文台的执行官莱兹(David H. Reitze)  

“这项探测是一个是时代的开始:引力波天文学研究领域现在终于不再是纸上谈兵。”——LSC发言人,路易斯安那州立大学物理与天文学教授冈萨雷斯(Gabriela González)

 

霍金:是科学史上重要一刻

霍金(Stephen Hawking)在接受英国广播公司(BBC)专访时表示:“引力波提供看待宇宙的崭新方式,发现它们的能力,有可能使天文学起革命性的变化。这项发现是首度发现黑洞的二元系统,是首度观察到黑洞融合。”  “除了检验(爱因斯坦的)广义相对论,我们可以期待透过宇宙史看到黑洞。我们甚至可以看到宇宙大爆炸时期初期宇宙的遗迹、看到其一些最大的能量”,霍金说。

 

LIGO迎来天体物理学全新领域的诞生

资助这项研究的美国国家科学基金会(US National Science Foundation)负责人柯多瓦(France Cordova)表示,“如同伽利略首度把他的望眼镜指向天空,这项对天空的新观测,将会加深我们对宇宙的理解,引发超乎预料的发现。”  

这个现象由两个设在美国的地下探测装置观测到,此装置主要用来侦测引力波的微小震动,这项观测计划的名称是Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory,简称LIGO。  

科学家花费数个月时间验证数据并通过审查程序,才宣布这个讯息,标志着全球各地研究团队数十年努力的最高潮。

爱因斯坦1916年左右在广义相对论中提出引力波理论,认为聚集成团的物质或能量的形状或速度突然改变时,会改变附近的时空状态,效应就像涟漪以光速在宇宙传播。  

引力波以光速传递,无法加以阻挡或阻挠。由于引力波产生的时空扭曲非常微小,在此之前科学家从未成功观测到。  

过去数十年来许多跨国科学团队都致力于找寻引力波存在证据,但引力波对于附近时空的冲击因距离地球太远,弱不可见,加深观测的难度。以地球和4.3光年之外的半人马座α为例,被引力波扭曲的太空可能只有一根头发般的变化。

 

这是广义相对论和人类理性的伟大胜利!意义不可估量!向爱因斯坦致敬!

 

作者: 林小春   [责任编辑: 宋金玉]