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科学家发现波长达十光年的波,是直接观察宇宙大爆炸的唯一工具

 徐德文科学频道 2020-02-14

引力波是爱因斯坦1915年最先预测的,他指出,两个大质量天体像哑铃一样互相围绕旋转时,所产生的时间和空间扭曲会像波一样以光速向外传播。换句话说,像两个黑洞这样的大质量天体互绕旋转,不但会扭曲它们周围的时空,还会像旋转的洒水器一样喷水,只是它喷的不是水,而是时间和空间!但此后爱因斯坦一直处于摇摆中,对引力波是否存在含糊其辞,模棱两可,毕竟以当时的技术条件,探测引力波完全是不可企及的事情。

引力波的探测改变了我们对宇宙的看法,黑洞第一次被直接证据证明确实存在。然而不仅如此,引力波可以探测不发光的事件,比如暗物质、暗能量,如果它们存在的话;一些科学家发现两个黑洞合并,有可能在它们的视界处产生引力波回波,这个回波已初步探测到,证明黑洞并不是无毛,可能改写我们对黑洞的认识;还有一些科学家推测,旋转的黑洞可能产生名为轴子的假想粒子云,它们互相湮灭而产生引力波,而这个所谓的轴子就是暗物质的最佳候选者。

最重要的是,引力波可以让我们拨开宇宙诞生后的晦暗幽冥,直接窥探宇宙大爆炸的秘密。根据大爆炸理论,宇宙诞生38万年后才开始变得透明,光子才能在其中畅行无阻,38万年处矗立着一堵电磁波永远也无法穿越的墙,让我们望而兴叹。著名物理学家、LIGO创始人之一的基普·索恩说,LIGO探测到的黑洞合并产生的引力波波长约为几百千米到几千千米,而137亿年前宇宙大爆炸时产生的引力波波长达10光年,而且至今不会衰减或散射,可以让我们穿过这一堵墙,是目前能直接探测宇宙大爆炸的唯一工具。

而要探测这样的信号,需把整个银河系作为引力波的探测工具,科学家们已经提出了初步的设想。长波引力波会冲击地球,在大尺度上使它靠近某些脉冲星,远离另一些脉冲星,这样就会缩短或拉伸不同方向脉冲星之间的时间,其效果类似于多普勒效应。我们可以利用银河系中最精确的计时工具——毫秒脉冲星,通过测量多个脉冲星的计时数据,把整个银河系当成一个巨大的引力波探测器,帮助物理学家们跟踪星系在整个宇宙历史中的形成和合并,揭开宇宙大爆炸初期暴胀的秘密。美国、欧洲和澳大利亚的团队希望在2到3年内能看到第一个信号,尽管美国的努力正受到他们使用的两个射电望远镜被国家科学基金会削减资金的威胁。

在卡尔达肖夫的宇宙文明指数中,I、II、III级分别代表着该文明能充分利用整个行星、恒星及星系的资源,虽然地球连I级文明都还没有达到,但如果真能利用整个银河系来探测大爆炸初期的引力波,至少在某个局部领域我们已经相当于III级文明的水平了。

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