探测引力波已从公式发展到网络 或带来科技革命
简介:核心提示:资料图:画面中的引力波之光,中心如巨型钻石一般璀璨夺目,钻石周围形成泛着紫色和蓝色的光圈,一
核心提示:资料图:画面中的引力波之光,中心如巨型钻石一般璀璨夺目,钻石周围形成泛着紫色和蓝色的光圈,一束光线如利剑一般从钻石中心穿过,带给人极为震撼的视觉效果。 百年引力波的魅力 10月16日,南京紫金山天...
资料图:画面中的引力波之光,中心如巨型钻石一般璀璨夺目,钻石周围形成泛着紫色和蓝色的光圈,一束光线如利剑一般从钻石中心穿过,带给人极为震撼的视觉效果。 百年引力波的魅力10月16日,南京紫金山天文台对外发布一项重大发现,我国南极巡天望远镜追踪探测到首例引力波事件光学信号。另外,我国第一颗空间X射线天文卫星——“慧眼”望远镜在此次引力波事件发生时,成功检测了引力波源所在的天区。
从1916年爱因斯坦在《德国物理学》杂志上发表《广义相对论基础》一文,到2016年2月11日美国国家科学基金会携加州理工学院、麻省理工学院和LIGO科学合作组织的科学家宣布首次直接探测到了引力波,人类对引力波的探索已经有百年历程。那么,引力波到底是什么,为什么一代代科学家都对此执着研究?
如同船在水中引起的涟漪 2015年,美国科幻、奇幻和恐怖电影学院将土星奖最佳影片颁给了电影《星际穿越》,这部电影关于时间空间的阐述手法令人称奇,而影片的科学顾问就是今年诺贝尔物理学奖得主之一基普·索恩,他的获奖原因是构思和设计激光干涉仪引力波天文台LIGO,对直接探测引力波作出杰出贡献。 在2009年以前,基普·索恩一直担任加州理工学院费曼理论物理学教授,奠定了引力波探测的理论基础,菜叶说说,开创了引力波波形计算以及数据分析的研究方向。辞去费曼教授职务后,他开始钟情于电影,第一部就是与诺兰合作的《星际穿越》。 事实上,引力波也是在解释空间和时间的关系,爱因斯坦在《广义相对论基础》一文中认为,空间、时间是一个整体,引力不是通常意义下的力,而是时空弯曲的一种表现,本质是一种几何现象。这种时空弯曲的曲率与处于时空中的物质直接相联系,物质的存在会使周围的时空发生弯曲,并且会以光速向四周传播,这种波动即为引力波。 简单来说,广义相对论认为,大到天体,小到人类本身,在运动时都会使周围的时空产生涟漪,就如同船在水中移动时会产生水波一样,船是物质,水好比是时空,水产生的波动就是引力波。只不过,这样的波动非常不易察觉,这使得爱因斯坦的引力波理论在很长一段时期都没有得到实验验证。 从一个公式发展到一个网络 引力波探测的困难,与宇宙的浩瀚不无关系。探测引力波的方式,是利用引力波的潮汐效应,探测引力波作用下两个物体之间的距离变化,而这种变化,是非常微小的。 一般来说,如果宇宙中发生了超新星爆发、黑洞形成的“大事件”,相应天体会产生巨大的引力波,不过,这样的现象具有非常大的偶然性,很难遇到并恰好捕捉到。于是,科学家们开始关注另一种天体,一种可以发出连续引力波的天体——双星。双星是两颗绕着共同的重心旋转的恒星,人们肉眼可见的天狼星就是双星,其伴星为白矮星。 相对而言,双星系统运动状态稳定,引力波辐射可以导致绕转频率加快,轨道周期变小,如果能测出双星变化周期律与广义相对论中的公式相符,就能间接证实引力波的存在。美国马萨诸塞大学的赫尔斯和泰勒于1974年用射电望远镜发现了第一颗脉冲双星PSR1913+16,并于4年后测定周期变化率,与广义相对论公式给出的理论值不超过1%。两人最终因此成功获得诺贝尔物理学奖。 就在赫尔斯和泰勒探测脉冲双星的同时期,麻省理工学院的雷纳·韦斯和马布里休斯实验室的罗伯特·佛瓦德分别建造了激光干涉引力波探测器,探测器有两个相互垂直、长度相等的干涉双臂,当有引力波通过时,一臂拉升一臂压缩,光电接收器的光强就会发生变化 因为对引力波探测作出的贡献,雷纳·韦斯也获得了今年的诺贝尔物理学奖。而在上世纪90年代,包括美、法、意、德、英、日、澳等多个国家在内,都独立或合作建造了激光干涉引力波探测器,并且组成一个国际观测网络,只要一个观测器收到信号,就能数据共享。 中国人不会缺席
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