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人类探测到了引力波!这则大新闻到底说了个啥?


美国当地时间2月11日上午10点30分(北京时间2月11日23点30分),美国国家自然科学基金会携加州理工、麻省理工的物理学家向全世界宣布:他们已经探测到了引力波。


  这条不明觉厉喜大普奔的消息,究竟是怎么回事?



两颗黑洞相互盘旋发出引力波示意图。


  引力波是啥?


  差不多一百年前(1915年),爱因斯坦提出了广义相对论,并预言强引力场事件可产生引力波,比如黑洞合并、脉冲星自转以及超新星爆发等。


  在物理学上,引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动,如同石头丢进水里产生的波纹一样,引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”。通常引力波的产生非常困难,地球围绕太阳以每秒30千米的速度前进,发出的引力波功率仅为200瓦,还不如家用电饭煲功率大。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件才可以形成强大的引力波,但能产生这种较强引力波的波源距离地球都十分遥远,传播到地球时变得非常微弱。



根据广义相对论,该双星系统会以引力波的形式损失能量,轨道周期每年缩短76.5微秒。


  但一直以来,引力波只是听说过,却从未被人类直接探测到过。上一次人类在引力波方面的突破还是 1993年。


  当时天体物理学家拉塞尔·赫尔斯(Russell Alan Hulse)约瑟夫·泰勒 (Joseph Hooton Taylor, Jr)发现了脉冲双星,两颗密度巨大的双中子星相互围绕着对方公转,他们从中得到了引力波存在的间接证据,还拿了当年的诺贝尔物理学奖。



  90 年代末,为了支持引力波相关的研究,美国国家科学基金会拨款 10 几亿美元给了加州理工和麻省理工的物理学家们,他们分别在路易斯安那州的 Livingston 和华盛顿州的 Hanford 建了两座激光干涉引力波天文台(LIGO)。



两台孪生引力波探测器分别在华盛顿州的汉福德(左)和路易斯安那州的列文斯顿,彼此相距3000公里。


  只有当两个探测器同时检测到相同的信号才有可能是引力波。LIGO于1999年初步建成,2002年开始运行。


  2007年,LIGO进行了一次升级改造,包括采用更高功率的激光器、进一步减少振动等。升级后的LIGO被称为“增强LIGO”。2009年7月,增强LIGO开始运行直到2010年10月结束。


  在2002年到2010年期间,LIGO没能探测到引力波存在的可靠证据。


  2010年,LIGO进行了为期五年的重大升级改造,改造之后的探测器灵敏度要求提高10倍,被称为“先进LIGO”。2015年9月18日,先进LIGO开始试运行。


  美国东部时间2015年9月14日5时51分,位于利文斯顿的探测器首先传出撞击声,7毫秒后,汉福德的探测器也传出撞击声。这意味着有引力波传到了地球,并被两个天文台探测到。


  昨晚 11 点半的发布会证实了上面的一切!


  美国科学家正式向全世界宣布,他们已经探测到了引力波的存在!!


  爱因斯坦广义相对论实验验证中的最后一块缺失的“拼图”被找到了!!!



  LIGO官网11日在一份新闻稿中表示,此次探测到的引力波是由两个黑洞合并引发的。这两个黑洞的直径都在150公里左右,它们不断靠近,旋转,并最终合并成一个黑洞。两个黑洞一个达到太阳质量的29倍,一个为太阳质量的36倍。据推测,两个黑洞的合并发生在13亿年前,合并过程中产生的引力波经漫长的传播最终抵达地球。


  据推测,两个黑洞以1/2倍光速的速度相撞后合并。二者在合并的过程中释放出约3个太阳质量的能量,这些能量以引力波的形式辐射出去。


  LIGO的创始者之一、麻省理工学院物理学教授雷纳·维斯说,“引力波的发现漂亮地印证了爱因斯坦在100年前的预言。如果我们有机会告诉他这件事,我真想看看他脸上的表情。”



  引力波的发现意味着什么?


  再一次证实爱因斯坦确实是个伟大牛逼的人物,100 年前他预言引力波的存在是真的。


  引力波天文学将是继传统电磁波天文学、宇宙线天文学和中微子天文学之后,人类认识宇宙的全新窗口,必将引发一场天文学的革命。


  引力波探测除了能够检验广义相对论之外,还有助于证明其它版本的引力理论正确与否,还将推动引力量子化的研究,最终把引力融入其它三种基本相互作用,完成爱因斯坦的伟大梦想。


  引力波像其它的波一样,携带着能量和信息。电磁波(宇宙背景微波辐射)只能让我们看到大爆炸38万年之后的景象,而引力波能够让我们回望宇宙大爆炸最初瞬间,检验宇宙大爆炸理论的正确与否。


   宇宙仿佛是不可知的,但人类往前又走了一步。

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