美國當地時(shí)間2月11日上午10點(diǎn)30分(北京時(shí)間2月11日23點(diǎn)30分),美國國家自然科學(xué)基金會(huì )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(jué)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(ài)因斯坦提出了廣義相對論,并預言強引力場(chǎng)事件可產(chǎn)生引力波,比如黑洞合并、脈沖星自轉以及超新星爆發(fā)等。
在物理學(xué)上,引力波是愛(ài)因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時(shí)空波動(dòng),如同石頭丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋一樣,引力波被視為宇宙中的“時(shí)空漣漪”。通常引力波的產(chǎn)生非常困難,地球圍繞太陽(yáng)以每秒30千米的速度前進(jìn),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(shí)變得非常微弱。
但一直以來(lái),引力波只是聽(tīng)說(shuō)過(guò),卻從未被人類(lèi)直接探測到過(guò)。上一次人類(lèi)在引力波方面的突破還是 1993年。
當時(shí)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)現了脈沖雙星,兩顆密度巨大的雙中子星相互圍繞著(zhù)對方公轉,他們從中得到了引力波存在的間接證據,還拿了當年的諾貝爾物理學(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(huì )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。
只有當兩個(gè)探測器同時(shí)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(kāi)始運行。
2007年,LIGO進(jìn)行了一次升級改造,包括采用更高功率的激光器、進(jìn)一步減少振動(dòng)等。升級后的LIGO被稱(chēng)為“增強LIGO”。2009年7月,增強LIGO開(kāi)始運行直到2010年10月結束。
在2002年到2010年期間,LIGO沒(méi)能探測到引力波存在的可靠證據。
2010年,LIGO進(jìn)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(chēng)為“先進(jìn)LIGO”。2015年9月18日,先進(jìn)LIGO開(kāi)始試運行。
美國東部時(shí)間2015年9月14日5時(shí)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(zhù)有引力波傳到了地球,并被兩個(gè)天文臺探測到。
昨晚 11 點(diǎn)半的發(fā)布會(huì )證實(shí)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(ài)因斯坦廣義相對論實(shí)驗驗證中的最后一塊缺失的“拼圖”被找到了?。?!
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(gè)黑洞合并引發(fā)的。這兩個(gè)黑洞的直徑都在150公里左右,它們不斷靠近,旋轉,并最終合并成一個(gè)黑洞。兩個(gè)黑洞一個(gè)達到太陽(yáng)質(zhì)量的29倍,一個(gè)為太陽(yáng)質(zhì)量的36倍。據推測,兩個(gè)黑洞的合并發(fā)生在13億年前,合并過(guò)程中產(chǎn)生的引力波經(jīng)漫長(cháng)的傳播最終抵達地球。
據推測,兩個(gè)黑洞以1/2倍光速的速度相撞后合并。二者在合并的過(guò)程中釋放出約3個(gè)太陽(yáng)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(shuō),“引力波的發(fā)現漂亮地印證了愛(ài)因斯坦在100年前的預言。如果我們有機會(huì )告訴他這件事,我真想看看他臉上的表情?!?/span>
引力波的發(fā)現意味著(zhù)什么?
再一次證實(shí)愛(ài)因斯坦確實(shí)是個(gè)偉大牛逼的人物,100 年前他預言引力波的存在是真的。
引力波天文學(xué)將是繼傳統電磁波天文學(xué)、宇宙線(xiàn)天文學(xué)和中微子天文學(xué)之后,人類(lèi)認識宇宙的全新窗口,必將引發(fā)一場(chǎng)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(dòng)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(ài)因斯坦的偉大夢(mèng)想。
引力波像其它的波一樣,攜帶著(zhù)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(wàn)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(lèi)往前又走了一步。
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