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人类终可聆听来自浩瀚宇宙的呢喃1

2016-02-15  钟家台

人类终可聆听来自浩瀚宇宙的呢喃1

  美国科学家11日宣布,人类首次直接探测到了引力波。这是人类第一次能够“听”到宇宙的“声音”。而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”,至今已有百年历史。

  两个黑洞合并信号首被探测

  在一片嘈杂的背景噪音中,一声“噗”的清脆声响,如水滴落水,持续时间短暂得不到1秒,这正是由引力波转化成的宇宙之声。当天在华盛顿召开的记者会上,美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)科学家现场播放了来自宇宙的“声音”。这个声音源自于13亿年前一个双黑洞系统的合并。

  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)”的研究人员当天在记者会宣布,他们利用LIGO探测器于2015914日探测到来自于两个黑洞合并的引力波信号。

  据了解,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。

  释疑

  1何为引力波?

  据介绍,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。

  100年来,也不断有实验声称直接探测到了引力波,并造成过全球轰动效果,其中比较有名的案例包括20世纪60年代的韦伯实验,以及2014年的BICEP实验,但后来都被证明是乌龙。

  2为何难捕获?

  引力波是非常弱的一种信号,弱到连爱因斯坦本人都曾怀疑能否建造足够灵敏的探测器,探测引力波很长一段时间内被视为“不可能完成的任务”。

  20世纪90年代起,大型激光干涉仪引力波探测器开始在全球范围内兴建。

  该探测器LIGO拥有巨大的L形测量臂,每边各有4000米长,两端设有反射镜面。发出的一束激光沿着L形互相垂直的两边前进并被来回反射。一般情况下,激光由于干涉而互相抵消,探测器接收不到光信号,但一旦引力波经过,便会改变激光通过的距离,从而被观测到。

  3它有多重要?

  包括中国科学家在内的多国科学家认为,新发现不仅填补了广义相对论实验验证中最后一块缺失的拼图,让现代物理学的根基更加坚实,也意味着科学家抓住了揭开宇宙奥秘的“钥匙”,有助于了解宇宙的起源和运行机制。

  南非夸祖鲁-纳塔尔大学的引力波研究专家马寅哲说,天文学的发现几百年以来主要靠电磁光谱的测量,射电、光学、红外等从“看”的角度观测宇宙,引力波的发现则从“听”这一完全不同的角度进行天文观测,引力波天文学这一学科的大门彻底被打开。引力波将成为探测黑洞质量、测量宇宙距离等问题的新窗口。

  4对人啥影响?

  LIGO科学合作组织的研究成员、加州理工学院物理学教授陈雁北认为,引力波携带的能量很大,但实际对物质产生的作用却十分微弱,这也是探测它很困难的原因。如果把引力波在地面附近的能量流单位时间和面积算一算,就会发现它不能挪动电荷,所以作用很微弱。

  “如果把时空类比为弹簧,那么一定是一个很硬很硬的弹簧,用很大的能量才能压动一点点。”陈雁北说,如果某人站在引力波波源附近,而引力波向此人正面袭来,从理论上说人会变得矮胖,再抻长,再变矮胖……如此反复,但实际上在地面是很难探测到引力波的。

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