猴年马月的礼物——引力波

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首次发现引力波的消息在今年2月传出时,一些科研人员认为,那可能是孤例,下一次发现要等到“猴年马月”。没想到现在正值中国农历的猴年马月,又传来了再次发现引力波的消息。

没想到,再次观测到引力波的消息真的就在猴年马月来了。按照传统生肖排序,今年是中国农历猴年,从6月5日到7月3日是农历马月。LIGO项目组在6月15日宣布,确认去年12月25日探测到的特殊信号是来自另外两个黑洞合并发出的引力波。由于这次探测到引力波的时间恰逢西方圣诞节,科学家称其为“爱因斯坦的圣诞礼物”。

我们非常骄傲,引力波天文学时代已经到来。

——美国“激光干涉引力波天文台”项目组发言人加布里埃拉·冈萨雷斯

你知道什么是引力波吗?
引力波来源于爱因斯坦的广义相对论,是一种以光速传播的时空波动,它描述了具有质量的物体如何在时空环境下弯曲,就像一张紧绷的床单,然后将足球放在床单中心,具有质量的物体在时空下发生的弯曲,犹如足球周围出现褶皱的床单。
牛顿的万有引力定律把时间与空间分开,而爱因斯坦的广义相对论则研究了引力和“时空几何”的关系,认识到引力是一种非常特殊的相互作用,是一种跟电磁波一样的波动,即引力波。它无处不在,主导了宇宙和星系。
引力波好探测到吗?
引力波虽无处不在,却难以探测,它就像湖面上泛成的波纹,是一种时空涟漪。
上世纪70年代,美国科学家在观测双星系统的过程中,发现引力波存在的间接证据,并因此获得1993年诺贝尔物理学奖。
100年来,不断有实验声称直接探测到了引力波,并造成过轰动效果,如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。
直到2016年2月11日,美国(LIGO)正式宣布发现引力波。此次发现的引力波,来源于13亿年前两颗黑洞的合并。两颗不同质量的黑洞合并后,总质量减少,亏损的质量以强大引力波的形式释放到宇宙空间,经过13亿年的漫长旅行,于2015年9月14日抵达地球,被LIGO的两台孪生引力波探测器,以7毫秒的时间差先后捕捉到。
引力波为我们带来了什么?

这一巨大发现,证实了爱因斯坦100年前所做的预测,是继传统电磁波天文学、宇宙线天文学和中微子天文学之后,人类在认识宇宙中的又一大突破。

引力波的发现,第一次用不容置疑的证据证明了黑洞的存在。两个黑洞在并合前相距仅仅几百公里,此时引力波的频率高达150赫兹,在这么大的质量下靠这么近,还能不发生并合的,只有黑洞了。可以说引力波的发现,开启了一场对于探索宇宙从弯曲时空而产生的事物和现象的旅程。

引力波携带着与电磁波截然不同的信息,引力波的直接探测,实现了50年前就设定好了的目标:直接探测难以捕捉的事物,更好地理解宇宙。如果能探测到宇宙大爆炸时发出的原初引力波,那将为我们揭示宇宙诞生之初的奥妙。

LIGO探测器在升级后将于2016年秋天再次运行,运行时间为6个月,届时这一探测器的灵敏度将提高15%至20%,探测到引力波的几率将增加1.5到2倍。

——LIGO项目执行主任戴维·赖茨

“这也给我们国家开展引力波天文学研究提供了很好的契机。可能要加强这方面的研究人才和设施的投入,使得新兴的引力波天文学这个领域能够在中国得到快速发展。”

——中国科学院国家天文副研究员郑永春

文章来源于科普中国

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