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華人科學家:愛因斯坦都不敢想象,我們探測到引力波(1)

2016-02-12 10:07:45  知社學術(shù)圈    參與評論()人

原標題:陳雁北: 愛因斯坦都不敢想象,, 我們真的探測到引力波!

100年前,,當愛因斯坦預測引力波的存在的時候,,他不曾想過,,有朝一日,,人類能夠真正觀測到應(yīng)力波:這個效應(yīng)是如此的微弱,,無法察覺。

今天,2016年2月11日,,北京時間23:30分,,加州理工學院,、麻省理工學院,、LIGO科學聯(lián)盟,、以及美國國家科學基金會,向全世界宣布: 我們真的探測到引力波!

相關(guān)論文,,以O(shè)bservation of Gravitaiton Waves from a Binary Black Hole Merger為題,在Physical Review Letters上發(fā)表,。論文作者包括清華大學LSC引力波研究團隊,。

知社學術(shù)圈特邀請論文作者之一、LIGO科學聯(lián)盟核心成員,、加州理工學院陳雁北教授,,和中國引力波專家、湖北第二師范學院范錫龍博士,,撰文介紹引力波探測漫長曲折而又激動人心的經(jīng)歷,,和一些鮮為人知的花絮, 從300年前的引力,,100年前相對論,,一直講到今天的引力波。

愛因斯坦都不敢想象,,我們真的探測到引力波,!

廣義相對論中的時空幾何,,就是會讓本來速度彼此平行的自由下落物體彼此接近或者遠離,。像牛頓引力中的蘋果落地一樣,廣義相對論中的彎曲幾何也可以用蘋果解釋,。在蘋果的表面,,如果畫一些起初平行的曲線,,并且以同樣的初速度從這些平行曲線出發(fā),。那么根據(jù)這些平行曲線的位置和走向不同,,它們有的會彼此靠近(正曲率),,有的會彼此遠離(負曲率),。

愛因斯坦聯(lián)系時空幾何和物質(zhì)分布的方程,,可以寫成一個非常簡潔的張量形式:

在70年代,科學家又從數(shù)學上推斷出黑洞的一些其他性質(zhì),。一方面,,數(shù)學家證明了一系列的“黑洞唯一性”定理,顯示具有“視界”并且沒有物質(zhì)的時空只能是有限的幾個黑洞的時空結(jié)構(gòu)。另一方面,,《黑洞微繞論》的創(chuàng)立讓物理學家從直觀上論證了在星體塌縮成黑洞的過程中,,黑洞的幾何結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的過程,。當霍金等物理學家把量子力學用在黑洞上時,驚奇地發(fā)現(xiàn),,黑洞也會通過所謂的”霍金輻射”蒸發(fā),。

天文學中的黑洞

黑洞在數(shù)學上奇妙的性質(zhì),,引起了人們的無限遐想,,也成為科幻作品的重要題材,。可是,,它是不是真實的物理存在呢,?科學上要證明一個物體的存在,至少要觀測到它對別的物體的效應(yīng),。

閉門造黑洞是不行的,,要抬頭看天,!

天文觀測中,,科學家發(fā)現(xiàn)了一些疑似黑洞的物體。由于對愛因斯坦理論的信任和青睞,,天文學家們一致認為這些物體就是黑洞。

第一類物體的質(zhì)量是太陽的幾倍到幾十倍,,它們存在于X-射線雙星里,并且尺寸小于幾十公里,。按照廣義相對論的計算,,這樣的物體必須是黑洞。這些物體發(fā)出的X-射線是由黑洞的伴星放出的氣體在往黑洞下落的時候相互擠壓,、摩擦,、加熱發(fā)出的。

第二類物體是存在于星系中心的超大質(zhì)量黑洞,,具有可以超過幾十、幾百萬倍的太陽質(zhì)量,,并且也有很小的尺寸,讓大家推測這些也必然是黑洞,。比如,,在銀河系的中心,,就有一個四百萬太陽質(zhì)量的黑洞。在另外一些星系中,,有氣體不斷掉入黑洞,,在黑洞附近形成一個繞著黑洞旋轉(zhuǎn)的“吸積盤”,,并且在黑洞的旋轉(zhuǎn)軸附近發(fā)出“噴流”。這樣的一個系統(tǒng)叫做活動星系核,,它會發(fā)射的強烈電磁輻射,,是天文觀測的一個重要目標。

還有一類物體是中等質(zhì)量的黑洞,。它們可能產(chǎn)生于小質(zhì)量黑洞并合,,或者小黑洞吃掉很多恒星,或者是通過宇宙早期的大質(zhì)量恒星塌縮而形成,。在某些低光度的活動星系核,,超亮X-射線源和球狀星團中有一些它們的蹤跡,。

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