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科创生物:“引力波”未来有可能会成为人类开启宇宙的一把钥匙!

科创生物 / 2017-10-04 00:50:06

编者(科创生物CG)按:基础科学研究的每一个进展都为科学理论的深入发掘和完善优化起到“马赛克”式的补充作用,但“引力波”的发现及验证毫无疑问是非同寻常的,它不是哪个专业学科的发现和突破所能比拟的,他是人类对宇宙一般规律的又一次深入认识,人类一直所追求的思想解放/心灵自由,及“是什么?为什么?从哪里来?到哪里去?”等困扰全人类的问题的又一次深入探究,只有这些基本的理论的每一次突破性发展才能奠定解决这些大问题的基础,爱因斯坦是伟大的,他的伟大就在于他好似一位先知先觉般的“神”似的存在和领先于同时代的人类数十年,他的伟大就在于的他的思维智慧与格局似乎与普通的人类不在同一个维度!从爱因斯坦的科学预言到发现到证实,这一步步的发展,让人很容易联想到刘慈欣先生预言的“曲率发动机”,虽然那只是存在于他的科幻小说里,但这已经足够让人兴奋而震惊,让人在梦中幻想未来驰骋宇宙也许就是秒秒钟的事,那时人类考虑的也许是如何改造宇宙了!【科创生物】

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10月3日,在瑞典斯德哥尔摩,获得2017年诺贝尔物理学奖的三名美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什、基普·索恩(从左至右)的照片在新闻发布会上展示。瑞典皇家科学院3日宣布,将2017年诺贝尔物理学奖授予美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩,以表彰他们为发现引力波作出的贡献。新华社发(石天晟 摄)

  新华社北京10月3日电(记者胡丹丹黄堃)我们可以通过倾听声音来分辨乐器的种类和质地,物理学家也通过类似方式来研究宇宙。引力波就是这样一种“时空的涟漪”,它能被极为灵敏的探测器“听”到,向我们传递宇宙的信息。

  美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩获得2017年诺贝尔物理学奖,就是因为他们在“激光干涉引力波天文台”(LIGO)项目和发现引力波方面的贡献。

  首先,什么是引力波?

  根据爱因斯坦的相对论,时空是可以弯曲的,有质量的物体在其中运动,就会产生引力波。这就好比石头丢进水里会产生水波,引力波因此常被称作“时空的涟漪”。

  但普通物体产生的这种引力波极为微弱,连爱因斯坦自己也认为很可能无法观测到。事实上,LIGO项目所观测到的两个黑洞合并产生的引力波,在仪器中只引起了比原子核还要小得多的变化。

  爱因斯坦发表相对论百年来,许多预言,如水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实,但引力波一直没有被探测到。因此,引力波又被称作广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。

  第二,如何探测到引力波?

  今年的获奖者创建和领导了LIGO项目,该项目有两个引力波探测器,分别建在相距3000公里的美国路易斯安那州利文斯顿市与华盛顿州小城汉福德市。每个探测器有两个L型的长臂,每个“臂长”为4公里。

  这样巨大的实验装置,是为了通过长距离的激光干涉,尽可能放大引力波的影响。当源自遥远宇宙的引力波传到地球时,在实验装置中只会引起相当于原子核万分之一大小的变化。如此微弱的信号也能被这套装置探测到。研究人员认为,这是迄今最精密的科学测量设备。

  2015年9月14日,LIGO项目终于探测到来自于13亿年前一个双黑洞系统合并的引力波信号。随后,科学界又三次探测到了引力波。最后一次是在今年9月27日,美国和欧洲两个引力波项目组宣布,首次共同在8月14日探测到一次引力波事件。

  第三,引力波有什么用?

  引力波开启了人们认识宇宙的新途径。过去科学界探测宇宙,多是依靠光学望远镜、射电望远镜等手段,而引力波是与光不同的信息载体。

  通过分析引力波信号,我们可以判断出遥远宇宙中发生了什么。比如2015年的这次引力波事件,可以推断出两个黑洞合并前的质量分别相当于36个和29个太阳质量,合并后的总质量是62个太阳质量,相当于3个太阳质量的能量以引力波的形式在不到1秒的时间内释放,是宇宙中的一场巨变。

  引力波的波形特征与声波相似,这也是为什么科学家曾将其转换成声波,作为“宇宙的声音”播放出来。通过探测引力波来分析宇宙中的各种事件,就像根据乐器声波判断乐器的质地种类,以及乐手的演奏手法。

  首次发现引力波时,LIGO项目组发言人、路易斯安那州立大学物理学家加布里埃拉·冈萨雷斯说:“这一发现是一个新时代的开端,引力波天文学现在成为现实。”

  至于引力波在实际生活中有什么应用,科学家说,包括时空旅行这样的科幻设想还早得很,而利用引力波的宇宙通信目前来看也很遥远。不过引力波的发现无疑打开了一扇新的大门,给未来增加了更多新的可能。


 

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