美國當(dāng)?shù)貢r間2月11日上午10點30分(北京時間2月11日23點30分),美國國家自然科學(xué)基金會攜加州理工、麻省理工的物理學(xué)家向全世界宣布:他們已經(jīng)探測到了引力波。
這條不明覺厲喜大普奔的消息,究竟是怎么回事?
引力波是啥?
差不多一百年前(1915年),愛因斯坦提出了廣義相對論,并預(yù)言強引力場事件可產(chǎn)生引力波,比如黑洞合并、脈沖星自轉(zhuǎn)以及超新星爆發(fā)等。
在物理學(xué)上,引力波是愛因斯坦廣義相對論所預(yù)言的一種以光速傳播的時空波動,如同石頭丟進水里產(chǎn)生的波紋一樣,引力波被視為宇宙中的“時空漣漪”。通常引力波的產(chǎn)生非常困難,地球圍繞太陽以每秒30千米的速度前進,發(fā)出的引力波功率僅為200瓦,還不如家用電飯煲功率大。宇宙中大質(zhì)量天體的加速、碰撞和合并等事件才可以形成強大的引力波,但能產(chǎn)生這種較強引力波的波源距離地球都十分遙遠,傳播到地球時變得非常微弱。
但一直以來,引力波只是聽說過,卻從未被人類直接探測到過。上一次人類在引力波方面的突破還是 1993年。
當(dāng)時天體物理學(xué)家拉塞爾·赫爾斯(Russell Alan Hulse)和約瑟夫·泰勒 (Joseph Hooton Taylor, Jr)發(fā)現(xiàn)了脈沖雙星,兩顆密度巨大的雙中子星相互圍繞著對方公轉(zhuǎn),他們從中得到了引力波存在的間接證據(jù),還拿了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎。
90 年代末,為了支持引力波相關(guān)的研究,美國國家科學(xué)基金會撥款 10 幾億美元給了加州理工和麻省理工的物理學(xué)家們,他們分別在路易斯安那州的 Livingston 和華盛頓州的 Hanford 建了兩座激光干涉引力波天文臺(LIGO)。
兩臺孿生引力波探測器分別在華盛頓州的漢福德(左)和路易斯安那州的列文斯頓,彼此相距3000公里。
只有當(dāng)兩個探測器同時檢測到相同的信號才有可能是引力波。LIGO于1999年初步建成,2002年開始運行。
2007年,LIGO進行了一次升級改造,包括采用更高功率的激光器、進一步減少振動等。升級后的LIGO被稱為“增強LIGO”。2009年7月,增強LIGO開始運行直到2010年10月結(jié)束。
在2002年到2010年期間,LIGO沒能探測到引力波存在的可靠證據(jù)。
2010年,LIGO進行了為期五年的重大升級改造,改造之后的探測器靈敏度要求提高10倍,被稱為“先進LIGO”。2015年9月18日,先進LIGO開始試運行。
美國東部時間2015年9月14日5時51分,位于利文斯頓的探測器首先傳出撞擊聲,7毫秒后,漢福德的探測器也傳出撞擊聲。這意味著有引力波傳到了地球,并被兩個天文臺探測到。
昨晚 11 點半的發(fā)布會證實了上面的一切!
美國科學(xué)家正式向全世界宣布,他們已經(jīng)探測到了引力波的存在??!
愛因斯坦廣義相對論實驗驗證中的最后一塊缺失的“拼圖”被找到了?。。?/strong>
LIGO官網(wǎng)11日在一份新聞稿中表示,此次探測到的引力波是由兩個黑洞合并引發(fā)的。這兩個黑洞的直徑都在150公里左右,它們不斷靠近,旋轉(zhuǎn),并最終合并成一個黑洞。兩個黑洞一個達到太陽質(zhì)量的29倍,一個為太陽質(zhì)量的36倍。據(jù)推測,兩個黑洞的合并發(fā)生在13億年前,合并過程中產(chǎn)生的引力波經(jīng)漫長的傳播最終抵達地球。
據(jù)推測,兩個黑洞以1/2倍光速的速度相撞后合并。二者在合并的過程中釋放出約3個太陽質(zhì)量的能量,這些能量以引力波的形式輻射出去。
LIGO的創(chuàng)始者之一、麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授雷納·維斯說,“引力波的發(fā)現(xiàn)漂亮地印證了愛因斯坦在100年前的預(yù)言。如果我們有機會告訴他這件事,我真想看看他臉上的表情?!?/span>
引力波的發(fā)現(xiàn)意味著什么?
再一次證實愛因斯坦確實是個偉大牛逼的人物,100 年前他預(yù)言引力波的存在是真的。
引力波天文學(xué)將是繼傳統(tǒng)電磁波天文學(xué)、宇宙線天文學(xué)和中微子天文學(xué)之后,人類認識宇宙的全新窗口,必將引發(fā)一場天文學(xué)的革命。
引力波探測除了能夠檢驗廣義相對論之外,還有助于證明其它版本的引力理論正確與否,還將推動引力量子化的研究,最終把引力融入其它三種基本相互作用,完成愛因斯坦的偉大夢想。
引力波像其它的波一樣,攜帶著能量和信息。電磁波(宇宙背景微波輻射)只能讓我們看到大爆炸38萬年之后的景象,而引力波能夠讓我們回望宇宙大爆炸最初瞬間,檢驗宇宙大爆炸理論的正確與否。
宇宙仿佛是不可知的,但人類往前又走了一步。
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