来源: 发布时间:2017-1-23 21:45:19
2016世界十大科技进展新闻
引力波:填补广义相对论的最后一块“拼图”

 
2016年2月11日,中国仍洋溢在农历新年的喜气中。然而美国LIGO科学组织发布的一则“直接探测到引力波”的消息,瞬间让“引力波”这个略显高冷的科学术语刷爆朋友圈、微博、各大网站及传统媒体的版面。
 
“引力波”为何具有如此大的科学魅力和旗舰般的科普价值?是因为它是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”,它的发现无异于在物理学界投下了一颗重磅“炸弹”。
 
在华盛顿召开的记者会上,美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)科学家现场播放了来自宇宙的“声音”——不到1秒的“噗”的清脆一声,正是由引力波转化成的宇宙之声。
 
这个声音源自13亿年前一个双黑洞系统的合并。合并所产生的引力波信号经过13亿年的漫长旅行,于2015年9月14日抵达地球,被LIGO的两个探测器以7毫秒的时间差先后捕捉到。
 
科研人员估计,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,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,释放的峰值能量比整个可见宇宙释放的能量还要高出约50倍。
 
宇宙中的引力波其实来自于天体的能量和质量变化,不同频率的引力波对应不同的天体物理过程。在人类现有的认知体系里,引力存在于宇宙所有物质和能量之间,是人类最早认识的一种基本作用力,正是引力作用支配着宇宙的形成和演化。
 
100年前,爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。但在人类发现的自然界4种基本相互作用中,引力是最弱的一种,只有“弱作用”的亿亿亿亿分之一。也因此,探测引力波很长一段时间内被视为“不可能完成的任务”。
 
百年来,广义相对论的其它预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已得到证实,唯有引力波一直让全球科学家魂牵梦绕。上世纪70年代,曾有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,并因此获得了1993年诺贝尔物理学奖。
 
直到2015年9月14日北京时间17点50分45秒,位于利文斯顿与汉福德的两台探测器同时观测到了后来被命名为GW150914的引力波信号,这才完成了物理学家们的百年梦想。
 
2016年6月15日,美国和欧洲的两个引力波探测项目的研究人员宣布,他们“非常清晰”地再次探测到“时空涟漪”——引力波的存在。探测项目组说,此次探测到引力波的时间是2015年12月25日22时38分53秒(北京时间26日11时38分53秒)。
 
在这项发表于美国《物理学评论通讯》杂志上的研究结果中,科学家探测到来自两个黑洞合并而产生的引力波信号。这两个黑洞位于距地球14亿光年外,在合并前的质量分别相当于大约8个和14个太阳,合并后的总质量相当于约21个太阳,其中约1个太阳的质量变成能量,在合并过程中以引力波的形式释放。■
 
《科学新闻》 (科学新闻2017年1月刊 封面)
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