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重大突破 科学家发现重力波证实广义相对论

2月11日,美国路易斯安那州和华盛顿州的激光干涉重力波天文台(LIGO)宣布,重力波(又称引力波)是存在的。该机构执行董事瑞玆(David Reitze)表示,他们检测到了重力波。这个发现是现代物理学中最重大的突破,不但将再次证实爱因斯坦广义相对论,还能增进人类对宇宙的理解。

据CNN报导,该发现基于LIGO检测到的时空波动,是支持广义相对论的重要依据。瑞玆表示,LIGO观测到了双黑洞系统合并时产生的重力波。

他表示,其中一个黑洞质量相当于29个太阳,另一个相当于36个太阳。每个黑洞直径有150公里(90英里)。

重力波“像果冻”

 


LIGO观测到了双黑洞系统合并时产生的重力波。(视频截图)
13亿年前,这两个黑洞以光速的一半速度相撞,产生的重力波穿过宇宙,经过漫长时间抵达地球附近。重力波在地球周围空间的拉伸和压缩就“像果冻”。

因为能产生高强度重力波的天体极为遥远,到达地球时已经弱到几乎无法探测,可能埋没在各种噪音信号中。但幸运的是,LIGO确实在2015年9月14日检测到了重力波。LIGO可检测到质子千分之一大小的变化。

LIGO在一份声明中表示,两个相同的探测器系统分别位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德, 检测到令人难以置信的重力波的微小震动。

这个项目由加州理工学院和麻省理工学院科学家创建,由美国国家科学基金会资助。

打开宇宙另一扇窗

瑞玆表示,真正令人兴奋的是下一步怎么走。“我认为我们在宇宙中打开了一个窗口,即重力波天文学之窗。”

不少物理学家指这发现堪称过去25年最重要的宇宙学成就,未来十年将深刻改变对宇宙的认识。哥伦比亚大学的物理学教授索马尔卡(Szabolcs Marka)告诉CNN说:“我们将不仅能够学习爱因斯坦广义相对论, 我们还能够找到只有在想像中存在的东西,我们应该看到一个以前从未观察到的宇宙。”

德国马克斯普朗克重力物理研究所物理学家艾伦(Bruce Allen)表示:“首次发现重力波可稳夺诺贝尔奖。”

艾伦说,人们只知中子星的大小与一个城市差不多,但不知中子星的内部结构,而电磁波进入黑洞后就消失,唯有通过重力波可了解中子星与黑洞;重力波也将有助了解宇宙生成最初20万年的状况,光不能自由穿梭宇宙,但重力波可以,透过重力波“我们将能看到宇宙最开始的样子”。

马尔卡对CNN表示,重力波的发现就像打开我们的另一个感官,“可以听到或看到宇宙。”他说:“当我们能听到宇宙时,将了解黑洞的秘密生活,它们的诞生和死亡。当黑洞吞噬一颗中子星时,我们会听到。在此之前,没有人‘看到过’。我们不仅要了解它,我们还要‘看到’。这是我可以想像的最令人不可思议的事情。”

宇宙首次通过重力波和人类沟通

重力波是一种时空涟漪,如同石头被丢进水里产生的波纹一样。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。100年前,爱因斯坦的广义相 对论预言了重力波的存在。广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实,唯有重力波一直徘徊在科学家的“视线”之外。

爱因斯坦预言了重力波之后,认为人类的科技水平并不足以观测到重力波,因为强度太弱。马尔卡说,当初他想加入LIGO项目时,很多同事劝他不要,因为他们都认为这个实验不会有结果。

目前,黑洞本身仍然是一个猜想,但重力波的发现将确认它们的存在。瑞玆说:“这是宇宙第一次通过重力波和我们沟通。”#

 

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