【48812】引力波:全新维度探求世界的声响

时间: 2024-07-04 18:08:36 |   作者: 小九直播杏彩体育

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  瑞典当地时间10月3日上午11点50分,诺贝尔物理学奖评委会委员、瑞典皇家科学院秘书长约兰·汉森宣告,将2017年诺贝尔物理学奖颁发3位美国物理学家雷纳·韦斯(Rainer Weiss) 、巴里·巴里什 (Barry Barish )、基普·索恩(Kip Stephen Thorne),以赞誉他们对引力波勘探器LIGO的决定性奉献及其对引力波的调查。900万瑞典克朗(约合人民币733.9万)的奖金一半将颁发麻省理工的雷纳·韦斯教授,另一半则由来自加州理工学院的巴里·巴里什和基普·索恩共享。

  现场记者连线采访韦斯时,他说:“当咱们2015年9月勘探到引力波时,许多人不敢相信。经过数月时间,科学家们才逐渐压服自己,引力波的发现已经是个现实。这是令人十分激动的时间。”

  在评委会发布的新闻公告上如此点评:对引力波的成功勘探使咱们不难发现世界开端的本相成为可能。LIGO经过直接勘探到引力波,证明了黑洞的存在及其性质。引力波也给咱们供给了了解世界的别的一个全新维度。可以说之前仅仅是看到的世界的图景,却没有声响。引力波使咱们对世界的了解上升到。在此之前咱们对世界的了解仅限于画面,而引力波的勘探使咱们我们可以经过声响去探求世界,改变了之前对世界单一的认知方法,发起了人类对世界的认知革命。

  400多年前,当伽利略第一次将望远镜指向星空,让人类看见明晰的太空时,就再没中止对这个奥秘的空间进行探寻。100年前爱因斯坦广义相对论的提出,预言了时空的“涟漪”——引力波的存在。做加快运动的大质量天体可以剧烈地撼动时空,而且空间歪曲的动摇将从波源辐射出去,便是引力波。这些以光速传达的“涟漪”携带了天体源剧烈动乱的信息以及关于引力实质的头绪。捕捉到引力波,人们就可以用一种史无前例的方法探求世界。

  但是引力波的丈量困可贵与众不同,尽管天体经过引力波开释的能量是惊人的,但由于它简直不好物质彼此作用,所以引力波总是“率性”而至,好像什么都阻挠不住它的脚步,因而它包含着源的中心区域最中心的信息。但是,引力波的“率性”在带来中心信息的一起,也让勘探极为困难。直到1974年物理学家约瑟夫·泰勒(Joseph Hooton Taylor, Jr)和拉塞尔·赫尔斯(Russell Alan Hulse)发现了处于双星体系中的脉冲星,该双星体系会以引力波的方式丢失能量,这直接证明了引力波的存在。泰勒和赫尔斯也因这项作业荣获1993年诺贝尔物理学奖。

  确认引力波是实在存在的物理现象后,怎么勘探引力波成为许多地理物理学家的研讨方向。

  用激光干与的方法丈量引力波是由雷纳·韦斯提出的,作为电影《星际穿越》的科学参谋兼制片人,基普·索恩重视并合理地改进了这一方法。所以,在上世纪 90 年代,由加州理工和麻省理工协作主导的两个激光干与引力波观测台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,缩写为LIGO)正式开工建造。风趣的是,当LIGO项目前期寻求美国政府的资金支撑时,它在国会面临的最大对立者竟然是地理学家们。对立的声响并不能阻挠科学家们探求的爱好和脚步。与美国的LIGO同期树立的激光干与引力波勘探仪,还包含日本的TAMA300,德国的GEO600,意大利的Virgo等,数台第一代激光干与引力波勘探仪在全球开花。

  美国LIGO的两台孪生引力波勘探仪别离坐落华盛顿州的汉福德和路易斯安那州的列文斯顿,互相相距3000千米,就像是一对“倾听世界的招风巨耳”。只有当两个勘探仪一起检测到相同的信号才有机会是引力波。LIGO于1999年开端建成,2002年开端运转。

  但在2002年至2011年期间,尽管全球各地的勘探仪都在监测,并未勘探到引力波。直到2015年,两个升级版的高新激光干与引力波地理台(ALIGO)正式投入运转。9月14日,刚刚开机3天的ALIGO便勘探到了间隔地球13亿光年之外的两个黑洞在兼并过程中放射出的引力波。这是在爱因斯坦宣告了广义相对论一百年之后,人类第一次发现引力波存在的直接依据,这在某种程度上预示着人类实在地勘探到了好久好久以前,一个很远很远的星系产生的一件惊天动地的大事!这个发现以系列论文的方式宣告在《物理谈论快报》(PRL)杂志和《地理期刊》(The Astrophysical Journal)杂志上。基普·索恩称之为“是人类观测到的除了世界大爆破之外最为剧烈的爆破。”

  12月26日,在初次勘探到引力波信号仅3个月之后,ALIGO的两个勘探器就再次记载到了新的引力波信号。跟前次相同,这一引力波信号也源自于两个黑洞行将合二为一之时最终的彼此绕转。

  作为一个具有近千名科学家的大型协作安排,LIGO科学协作安排对待自己的数据十分慎重,直到2016年2月11日, 才对外宣告,ALIGO初次直接勘探到引力波和初次观测到双黑洞磕碰与并合。发布会上,LIGO科学协作安排表明“ALIGO是世界上最精细的丈量仪器”。那时的地理物理学界就开端纷繁猜想,诺贝尔物理学奖对LIGO的呼唤不远了。

  在LIGO科学协作安排近千名科学家中,有不少来自我国的科研人员,更有一个团队来自我国,那便是清华大学LIGO作业组。它的创始人是曹军威,2004-2006年,曹军威在美国麻省理工学院空间研讨中心作业期间,便参加了引力波数据核算和剖析。鉴于其时在我国对引力波的研讨还不多,回国后,曹军威立刻安排创立了清华大学LIGO作业组。并于2009年请求并正式经过参加LIGO科学协作安排。近几年来,清华大学研讨团队首要与麻省理工学院、加州理工学院和西澳大利亚大学等LSC成员协作开展作业,首要研讨成果包含:GPU加快引力波暴数据剖析和完成低推迟实时细密双星并合信号的搜索;选用机器学习方法加强引力波数据噪声的剖析;剖析引力波事情显著性的体系误差等。研讨成果宣告在物理谈论D等期刊。

  一些其它的引力波监测方案已在我国悄然发动:中山大学发动了我国本乡严重的引力波勘探工程“天琴方案”;由中美协作研发的阿里望远镜,将由中科院高能物理所方案在全球4个最佳观测点之一的我国西藏阿里建立; 在我国西南贵州,中科院国家地理台射电部将建FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)射电望远镜,声称我国有史以来最大的地理项目;太极方案是一个中欧协作的国际协作方案,拟用激光干与方法来进行中低频波段引力波的直接勘探……

  勘探引力波,是物理学家们长达一个世纪愿望,上千位科学家数十年勤劳的支付,一个世纪的长距离跑接力总算抵达了结尾。一起另一个新的地理物理年代,也悄然敞开。引力波勘探器可以让科学家们在光学望远镜“看到”某个现象的一起“听到”它的“声响”。或许有一天,就像《三体》描绘的那样,人类能探听到外星人的星际通讯,听到来自太空的声响。

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