編者按:
在一波又一波傳言后,,終于,!北京時間2016年2月11日23:40左右,激光干涉引力波天文臺(LIGO)負(fù)責(zé)人,、加州理工學(xué)院教授DavidReitze宣布,,人類首次發(fā)現(xiàn)了引力波。
發(fā)布會上究竟揭開了哪些謎團(tuán),?與之前的傳言有何不同嗎,?
科普中國移動端科普融合創(chuàng)作項(xiàng)目特邀中國科學(xué)院國家天文臺黑洞來客團(tuán)隊(duì)(團(tuán)隊(duì)主要成員茍利軍研究員為國家天文臺恒星級黑洞研究創(chuàng)新小組負(fù)責(zé)人,而這次被探測到的引力波正是來自雙黑洞系統(tǒng)),,全面解讀這場激動人心的發(fā)布會,。
一波又一波的引力波傳言終于在北京時間11日晚上的美國自然基金會的新聞發(fā)布會中塵埃落定:人類首次直接探測到了引力波,這是真的,!正如發(fā)布會所言,,在被預(yù)言將近百年、苦苦追尋幾十年之后,,首個位于地球之外13億光年的引力波源GW150914被人類直接探測到,,這是一個值得紀(jì)念的偉大時刻,,一個新時代的序幕正在拉開——地球人,歡迎你來到引力波時代,!
激動人心的發(fā)布會結(jié)束了,,其重點(diǎn)內(nèi)容可以被簡單歸納為三點(diǎn):
(1)引力波終于被探測到了。
(2)引力波產(chǎn)生于兩個恒星量級黑洞的合并(merger),。
(3)引力波是美國的激光干涉引力波天文臺(英文簡稱LIGO)發(fā)現(xiàn)的,。
接下來,讓我們逐個分析和解釋一下以上三點(diǎn),,從而對這項(xiàng)具有劃時代意義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)做一個稍微深入的了解:
(圖1注:雙黑洞系統(tǒng)想象圖,。(來源于LIGO網(wǎng)站))
對于“波”,我們并不陌生,,生活中時常會聽到無線電波,、電磁波、聲波,、光波等等,,引力波也是波的一種。
既然稱之為引力波,,它必然與引力有關(guān),。所以,在更深一步了解引力波之前,,我們需要了解一下人類對于引力的認(rèn)識過程,。17世紀(jì)末的物理學(xué)家牛頓看到了下落的蘋果,意識物體之間普遍存在的一種力,,稱之為“引力”,,并且將其數(shù)學(xué)化,這就是我們熟知的萬有引力,。萬有引力認(rèn)識的精髓是物體質(zhì)量的存在導(dǎo)致了引力,這在牛頓之后的兩百多年里被認(rèn)為是宇宙間的絕對真理,。直到1905年狹義相對論發(fā)表,,再到1915年廣義相對論的發(fā)表,愛因斯坦提出了一種完全不同的對于引力的看法,,引力是因?yàn)橘|(zhì)量對于時空造成了變形所導(dǎo)致,,而非質(zhì)量之間的吸引。這就意味著,,我們時空可被當(dāng)做一種可以變形的介質(zhì)來認(rèn)識,。所以引力波,簡單來說,,就是時空自身的波動,。相比較我們熟知的無線電波(或者電磁波),,它僅僅是在時空之中傳播的,時空是它的媒介,。
人們常說“星辰大?!保绻麑r空視作海洋,,那么天體就如同海洋生物一般,。可以想象,,如果大海中的某個生物搖了搖尾巴,、或是晃了晃頭,海水由此所產(chǎn)生的波動就會向外傳播,。與此類似,,宇宙中某個天體的劇烈活動,會對所在的時空產(chǎn)生擾動,,時空自身的波動也會向遠(yuǎn)處傳播,,如果足夠強(qiáng),就能夠?yàn)榈厍蛏系奈覀兯兄?/p>
在引力的世界中,,我們的宇宙通常是平靜的,。可是在北京時間2015年9月14日17點(diǎn)50分45秒,,地球上的LIGO探測器卻探測到了來自于宇宙深處距離地球13億光年之外的一場引力風(fēng)暴,,來自于一個雙黑洞系統(tǒng)的合并,以它的探測日期命名為GW150914,。
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(圖2注:LIGO的兩個觀測站探測到了同一個引力波事件,。上面為觀測得到的曲線,下面是和理論相比較之后的擬合結(jié)果,。(來源于LIGO所發(fā)文章))