证实“引力波”,让长期只有眼睛的天文学,终于有了耳朵

世界的大千变化、无奇不有,从庞大的太阳系到浩瀚的银河系,一直到广袤无垠的宇宙,浩瀚无穷更是令人难以想像。一般理解的宇宙,是指人类所存在的一个时空连续系统,包括其间的所有物质、能量和事件。对于这一体系的整体解释构成了宇宙论。

国际科学研究团队“LIGO 科学合作”(LIGO Scientific Collaboration)昨天宣布人类数十年来最重要的物理学与天文学发现:爱因斯坦(Albert Einstein)广义相对论百年前预言的“引力波”(Gravitational Waves),确实存在

ligo20160211_Tn

引力波也称重力波,是一种“时空曲率的涟漪”(ripples in the curvature of spacetime),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,是时空曲率的扰动以行进波的形式向外传递的一种方式。

LIGO 的团队在记者会中解释这项研究的内容,他们观测两个相互环绕的黑洞,彼此拉扯而越来越靠近,最终将会合而为一,而团队正式侦测到这两个质量极大的黑洞对时空扭曲发出的极微弱波动。

LIGO 是“雷射干涉引力波天文台”(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory)的简称,由麻省理工学院(MIT)与加州理工学院(Caltech)在美国国家科学基金会(National Science Foundation,NSF)的资助下,从 1991 年开始建设。

引力波的发现将从根本改变我们对于时间、空间等基本概念的认识。由于它能够穿透电磁波无法穿透的空间,因此将让人类更深入了解遥远的恒星、星系,甚至是黑洞,进而探究 138 亿年前创生宇宙的“大爆炸”(Big Bang)。

20160212-123600_U720_M128350_8eb9

爱因斯坦“广义相对论”讨论引力波的原稿。

简单来说,引力波的发现将有助于人类对宇宙形成的认识,并且厘清关于宇宙膨胀或是收缩等分歧的推测。这势必是一项能获得世界最高殊荣诺贝尔物理学奖的重大发现,也是人类对于宇宙知识的一大突破。相关论文刊登在最新一期的《物理学评论通讯》(Physical Review Letters)

LIGO 在美国路易斯安那州的利文斯顿(Livingston)和华盛顿州的汉福德(Hanford)建造两个一模一样的地下探测器。两座探测器同时接收到的资讯,才有可能是重力波的信号。

关键时刻在 2015 年 9 月 14 日来到,美国东部夏令时间凌晨 5 时 51 分,利文斯顿与汉福德的 LIGO 探测器同时接收到 13 亿光年外两个黑洞传来的“涟漪”,经过反覆验证,终于确认就是爱因斯坦百年前预言的“引力波”。

天文物理学家出身的美国国家科学基金会主席科多华(France Córdova)惊叹地说:“就像伽利略(Galileo Galilei)第一次举起望远镜,这项对于浩瀚太空的新观照,将深化我们对于宇宙的认识,催生出意想不到的新发现。”

20160212-034411_U720_M128426_dfac

LIGO,雷射干涉引力波天文台

LIGO 观测团队的科学家之一、美国哥伦比亚大学物理学教授索马尔卡(Szabolcs Marka)是该校实验引力研究组的负责人,告诉 CNN 说:“我认为这是物理学世界长久以来最大的突破。”除了广义相对论之外,我们也许还能发现以前只存在我们的想像中的天体,也许会看到一个全新的宇宙。

索马尔卡补充道:“过去天文学家们只有眼睛。”天文学透过各种高科技的望远技术,观测宇宙中可见的星体以及不可见的各种电磁光谱等,得以逐步深入宇宙的核心,他说:“如今天文学终于有了耳朵。

2015 年正逢爱因斯坦发表广义相对论 100 周年,《纽约时报》在报导中断言,这项科学发现科学家们终于将视野拓展至最深入的物理世界中,爱因斯坦最古怪、最狂野的推测,终于得到证实。

科学家们漫长等待的时光,确实就像是索马尔卡教授说的那样,在这世界上,这么多的科学家汲汲营营地努力求取知识,就是为了带了人们对这世界宇宙更多的认识与了解。

难得百年一遇的科学重大突破,也多亏了爱因斯坦当年的大胆假设,还有后人众多科学家们的细心验证了。相信再过几十年之后,到那个科技更发达的时候,就能验证出更多现今认为不可思议的宇宙科学理论,文明也就更进一步发展了。

可观赏以下视频,一分钟短片告诉你什么是引力波。

订阅更多文章