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LIGO发现引力波:人类从此拥有新的宇宙感知力

2019-01-31 13:43:15 情感天地155℃

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打开新窗口LIGO发现引力波:人类从此具有新的世界感知力

[摘要]咱们发现了引力波!咱们做到了! 北京时刻2016年2月11日23:40左右,激光干与引力波天文台(LIGO)负责人、加州理工学院教授David Reitze宣告,LIGO发现了引力波。

  

 

  

LIGO新闻发布会现场,拍摄:崔筝

  

   胡一鸣(德国马普引力物理所、清华大学博士后,LIGO科学协作安排成员)

  

海伦·凯勒自幼耳目不通,生活在无尽的漆黑与幽静中。她体会到视听感官被掠夺的苦楚,所以愈加爱惜生命的可贵,写下了传世之作《假设给我三天光亮》,感动无数人。

  

但是,谁又能想到,其实人类在面临众多的世界时,历来都是只能远观而不行倾听。望远镜越来越大越来越活络,却只是让天文学家目明而不能耳聪。人类知道的世界,一直是一片幽静。

  

2015年9月14日,一个不论怎么看都十分往常的日子。但是在后世的前史中,一定会如此记载:这一天,人类知道世界,又多了一种新的兵器。从此,人类不再只用眼睛去看,面临世界,更是洗耳恭听。这一切,只是是因为两个叫做高新激光干与引力波天文台的引力波勘探器,在一个安静的夏夜,搜索到了一阵时空的涟漪。随之载入史册的,也有这串涟漪的姓名:GW150914,在2015年9月14日勘探到的引力波(GW)。

  

当然,在后世的考古学家考据这段前史时,或许早就记不清,这是在十几亿光年外,两个分别为29倍太阳质量和36倍太阳质量的超恒星级黑洞并合发生的信号;也大约不会记住并合发生在北京时刻下午5:51;或许早就现已忘却,这个信号在从20Hz跃升到150Hz的并合频率时只用了不到0.2秒的时刻;更乃至,连它是来自南天球这一点都会被湮没在前史的尘土中;脑洞开得再大一点,或许未来的科学家早就用更高效的办法勘探或发生引力波,以至于用激光干与勘探引力波这样的主意显得好像史前时代一般。

  

但是,他们一定会细心玩味,人类初次直接勘探引力波信号的那一年,恰恰是爱因斯坦宣告广义相对论的一百周年整;而宣告这一勘探的年份,又恰恰是爱因斯坦依据广义相对论推导得出引力波的一百周年。

  

 

  

LIGO汉福德(H1,左) 和利文斯顿(L1,右) 勘探器所观测到的GW150914引力波事情。

  

引力波——跨过百年的寻找

  

1915年,爱因斯坦用那美好的场方程道出了引力的奥妙——时空指令物质怎么运动,而物质引导时空怎么曲折。爱因斯坦很自然地就联想到,当物质在时空中运动时,时空会怎么随之改动呢?很快,他就得到了一个他称之为引力波的数学解。当一列引力波向你迎面走来时,你会忽而又高又瘦,忽而又矮又胖,而且循环往复——当然,这个改变实在是十分的细小,所以爱因斯坦很快就断语,引力波无法被勘探到。

  

 

  

当一列线性偏振的引力波向你迎面走来时,你周围的时空会不断紧缩——拉伸——紧缩——拉伸,循环往复(图片版权:马普引力所)

  

广义相对论还预言出各种千奇百怪的东西来,最有名的大约就属黑洞了。爱因斯坦关于黑洞很是花了一番时刻研讨,但是关于他而言,这些研讨就好像是报纸上的兴趣问答,好玩,风趣,有着智力的应战,但一起也没有任何实际含义。从头到尾,爱因斯坦历来没有正儿八经地信任过在实在的世界里会存在黑洞这样的东西。

  

 

  

经过比较由数据重构的引力波应变

  

GW150914,却恰恰以5个标准差以上的明显水平承认GW150914是一个实在的信号。

  。上面的图片意味着,两个黑洞在并合前——也就是引力波的频率差不多到达150赫兹时——相距只是几百公里。在这么大的质量下靠这么近还能不发生并合的,只要黑洞了。

  

正如马克斯·普朗克引力物理研讨所(阿尔伯特·爱因斯坦研讨所)的所长布鲁斯·艾伦(Bruce Allen)所说,爱因斯坦最初以为引力波过分弱小而无法勘探,而且他从未信任过黑洞的存在。不过,我想他并不介怀自己在这些问题上弄错了。

  

在广义相对论提出之后一个世纪,它的几个重要预言含义得到了认证。即便在黑洞并合这样极强的引力场条件下,观测得到的引力波演化也和广义相对论的预言高度符合。在现代物理学里,很少能看到这样一个理论阅历百年风雨仍然耸峙不倒了。

  

众里寻他千百度

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