追寻引力波:中国“天琴”还有戏.doc
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1、追寻引力波:中国“天琴”还有戏当美国国家科学基金会、加州理工学院和麻省理工学院的研究团队2月11日宣布,美国的激光干涉引力波天文台(LIGO)宣布已经于去年9月首次探测到引力波,证实了爱因斯坦100年前所做的预测,整个科学界都为之轰动了。就连一般的普通人,也被铺天盖地刷屏的引力波相关文章,着着实实地进行了一次科普洗脑。爱因斯坦1915年发表广义相对论时即预言有引力波存在。经过一个世纪,广义相对论的其他预言,如重力令光线弯曲、水星在近日点的移动幅度和重力红移(光在引力场中会向红端移动)等,都先后获证实,唯独引力波的存在只有间接证据。如今人类终于直接探测到了引力波的存在,为100年前发表的广义相对
2、论预言合上了最后一块拼图,这也是对这位科学巨匠最好的纪念。探寻宇宙奥秘的工具爱因斯坦在广义相对论提出,物质在时空中运动时,附近的时空曲率会随之改变。如果是大质量物体运动,例如两个黑洞碰撞,所产生的曲率变化会像波一样向外传播,导致时空压缩、伸展,这就是引力波。引力波以光速传递,无法加以阻挡或阻挠。但是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,引力波的探测之路并不平坦。第一个对直接探测引力波作为伟大尝试的人是马里兰大学物理学家约瑟夫韦伯。早在上个世纪50年代,他第一个充满远见地认识到,探测引力波不是没有可能。1969年,他宣布用自己发明的一个探测器 一个约2米长、直径约1米宽
3、的铝制圆柱体发现了引力波,当该探测器受到引力波撞击时会产生“振铃效应”。然而,他的研究结果却未能得到复制,而且该结果最终除了其本人以外,几乎遭到了所有物理学家的反对。尽管如此,他的研究依然吸引了很多研究人员加入到引力波探测的队列之中。得到更加广泛认可的一项发现来自马萨诸塞大学阿默斯特分校的约瑟夫泰勒及其研究生罗素赫尔斯。两人于1974年发现了首颗脉冲双星,它由在近距离轨道上相互作用的两颗中子星构成,而且它们在以爱因斯坦理论预测的精确速率向内呈螺旋状运作表明引力波可能在带走它们的能量。这一发现被认为是观察到引力波的间接证据,并让赫尔斯和泰勒摘得1993年的诺贝尔物理学奖桂冠。韦伯设计建造的共振棒
4、的局限性,使得科学家们从70年代开始,尝试用激光干涉仪来寻找引力波的踪迹。这次宣布直接探测到引力波的LIGO团队在美国首都华盛顿及路易斯安那州各安装了一块巨型镜片,再发射激光,让光束在两块镜片之间往来穿梭,进而检测光束内的信号干扰,借此寻找引力波。终于,当宇宙深处的两个黑洞于约13亿年前碰撞所传送出的引力波扰动,在2015年9月14日抵达地球,被地球上的LIGO天文台的精密仪器侦测到。而研究人员当时并没有觉察,在大约半小时后才发现了这一惊人的现象。科学家花费数个月时间验证数据并通过审查程序,才宣布这个信息,标志着全球各地研究团队数十年努力的最高潮。众里寻它千百度。近一个世纪的求索后,人类终于聆
5、听到宇宙深处的声音。引力波被直接探测到,成为宇宙暴胀和大爆炸理论的强烈证据,也让人类探索宇宙奥秘多了一项重要的工具,我们将以前所未有的方式看到塑造宇宙的力量。资助这项研究的美国国家科学基金会负责人柯多瓦表示:“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。”不少物理学家指这发现堪称过去25年最重要的宇宙学成就,未来10年将深刻改变对宇宙的认识。德国马克斯普朗克重力物理研究所物理学家艾伦表示:“首次发现重力波可稳夺诺贝尔奖。”英国著名天文物理学大师霍金也表示,他相信这是科学史上重要的一刻。他在接受英国广播公司(BBC)专访时表示:“引力波提
6、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。中国力量助力探测其实,引力波并不是什么新鲜事物。按照爱因斯坦的理论,整个宇宙都一直沉浸在引力波中。在科幻文学作品和影视中,引力波也多次出现过。在电影星际穿越中,主人公Cooper通过引力波穿越时间和空间给女儿Murph传递了信息,正如有篇著名的影评所说:“能够穿越星际的,不止引力波,还有爱。”而在中国作家的笔下,引力波也早就被
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