去年九月測到的引力波,為什麼現在才宣布?--宇宙大發現的秘密

卡卡消息| 2016-02-13| 檢舉

美國東部時間2月11日上午,美國國家科學基金會與來自加州理工學院、麻省理工學院以及科學合作組織「雷射干涉引力波天文台」(LIGO)的科學家在華盛頓全國新聞中心共同宣布,LIGO於去年9月14日首次探測到引力波,證實了愛因斯坦100年前所做的預測,彌補了廣義相對論實驗驗證中最後一塊缺失的「拼圖」。

引力波是一種時空漣漪,如同石頭被丟進水裡產生的波紋,在黑洞合併、脈衝星自轉以及超新星爆發時產生。早在1915年,愛因斯坦就曾預言了引力波的存在。迄今為止,愛因斯坦的廣義相對論中有關「光線的彎曲」、「水星近日點進動」以及「引力紅移效應」等預言都已獲證實,唯有引力波一直徘徊在科學家的「視線」之外。

在美國國家科學基金會資助下,麻省理工學院、加州理工學院開始聯合建設LIGO,並從2003年開始收集數據。LIGO由兩套干涉儀組成,是兩個互相垂直的L型排列的干涉臂,臂長均為4000米。LIGO干涉儀工作原理是,在兩臂交會處,從雷射光源發出的光束被一分為二,分別進入互相垂直並保持超真空狀態的兩空心圓柱體內,然後被終端的鏡面反射回原出發點,並在那裡發生干涉。如果是微小變化、微弱地震和其他干擾信號,其記錄將只出現在一台干涉儀中,而真正的引力波信號則會被兩台干涉儀同時記錄。

目前世界上共有4個引力波探測器,其中三個部署在美國,即華盛頓州漢福德市的兩個和路易斯安那州利文斯頓市的一個。

開啟宇宙探索的終極之門

美國東部時間2015年9月14日5時50分45秒,位於利文斯頓的引力波探測器首先傳出撞擊聲。7毫秒後,漢福德的探測器也傳出撞擊聲。這意味著後來被命名為GW150914的引力波傳到了地球,並被兩個天文台探測到。LIGO認為,此次探測到的引力波是由兩個黑洞合併引發的。這兩個直徑約為150公里的黑洞不斷靠近、旋轉,並最終以1/2倍光速的速度相撞後「合二為一」。這兩個質量分別為太陽質量29倍、36倍的黑洞,在合併的過程中釋放出約3個太陽質量的能量,其產生的引力波經13億年的漫長傳播最終抵達地球。

科學界普遍認為,引力波的發現是物理學、天文學研究的一項重大突破,開啟了人類探索宇宙的一扇大門,甚至可能揭開宇宙誕生的奧秘。

LIGO創始者之一、麻省理工學院物理學教授雷納·維斯說,「引力波的發現完美地印證了愛因斯坦在100年前的預言」。

英國著名理論物理學家史蒂芬·霍金表示:「引力波提供了一種人們看待宇宙的全新方式。(人類)探測到引力波的這種能力,很有可能引發天文學革命。」

哥倫比亞大學物理學教授紹博爾齊·馬爾卡則形象地比喻說,此前人類的天文學發現都好似「眼睛」,而引力波的發現意味著人類長了「耳朵」,「引力波所攜帶的大量信息,可以幫助科研人員更好地了解黑洞」。

去年的發現,為什麼現在才發布?

此間輿論指出,美國科學家之所以能完成發現引力波這一「重大里程碑」,開啟觀測宇宙的一個新窗口,源自於堅持不懈探索的精神和巨大科研資金投入。

引力波的發現是世界各國科學家前赴後繼、不懈努力的成果。早在上世紀60年代,馬里蘭大學的物理學家韋伯首先提出了一種共振型引力波探測器,立刻引起了學界的轟動,但是後來的重複實驗都一無所獲。自1974年,泰勒和赫爾斯對雙星系統的軌道進行了長時間觀測,發現了引力波存在的間接證據,並因此獲得1993年諾貝爾物理學獎。而從1991年至今,共有來自加州理工、麻省理工、清華大學、台灣新竹大學等十多個國家90多所高校的一千多名科學家參與了LIGO的日常探測和研究。LIGO發言人、物理學教授蓋普瑞拉·岡薩雷茲表示,「這是全球科學家共同努力的結果」。

引力波的發現也體現了美國科學界一絲不苟的嚴謹精神。有關LIGO發現引力波的傳言已在物理學界傳播了幾個月,最早透露這一消息的是美國亞利桑那州立大學物理學家克勞斯。不過,傳言一直未獲得LIGO項目組證實。LIGO項目科學家稱,他們花了幾個月的時間進行驗證,這也是為什麼去年9月探測到引力波信號,卻拖到本月才宣布的主要原因。從上個世紀60年代就加入到探尋引力波的LIGO創始人之一、理論物理學家基普·托恩說,「就在幾天前,我還瞞著我的妻子」。

引力波的發現也不乏「趣聞」。據美國《 科學》雜誌披露,在LIGO工作的一千多位科學家中,馬克·德拉戈最早發現了期待已久的引力波信號。德拉戈今年33歲,是一名熱衷於彈奏古典鋼琴的博士後,來自義大利帕多瓦,目前,德拉戈在為LIGO探測提供數據分析的德國漢諾瓦馬克斯·普蘭克重力物理學研究院工作。由於德拉戈出版過兩本科幻小說,為此整個LIGO團隊一度還曾「善意地猜測」,其發現有可能是「幻想出來的」。不過,很快,大家都開始一起為德拉戈以及整個團隊保守這個「令人興奮的秘密」,直至2月11日「激動人心的時刻」到來。

文章來源: https://www.twgreatdaily.com/cat90/node895059

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