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【前沿物理】深度剖析:引力波是什么?引力波的发现会带来什么?

类别:技术前沿 日期:2019-3-27 7:14:37 人气: 来源:

  于2001年首次投入运行,2015年升级重启的激光引力波天文台就是专门为探测引力波而建设的。从2015年9月开始,关于它已经观测到引力波的传言不断,而就在前不久,又有物理学家在网上流出小道消息,终于了大量的报道。那么,引力波是什么?为什么探测引力波如此困难?用当前探测引力波的途径和方法取得了哪些?发现引力波意味着什么?

  爱因斯坦广义中有一个重要预言,如果大质量发生碰撞、爆发等极端事件会产生强大的引力波。这是一种时空涟漪,就像波一样传递开来,数十年内科学家一直在寻找引力波,但都没有发现。2015年9月,美国亚利桑那州立大学有了新的发现,科学家劳伦斯·克劳斯指出激光引力波天文台发现了引力波,如果这个发现属实,那么将是一次轰动性的科学事件。激光引力波天文台位于美国,从1999年建成开始,就一直在寻找引力波,近年来完成了新一轮的升级,目的就是发现引力波。

  对于激光引力波天文台的发梦见拉屎在裤子里现,也有科学家质疑这个发现,以至于有传言指出这个引力波信号可能是虚假信号。由于引力波非常微弱,探测引力波需要较高的精度,因此一个微小的误差都会造成假信号的出现,让引力波信号失真。激光引力波天文台的研究人员冈萨雷斯认为现在给出数据还太早,发布引力波被发现的消息可能会引起。事实上这项工作仍然在验证之中,如果结果确定是假信号,岂不是最后变成了军情?目前美国激光引力波天文台的引力波发现所透露的消息不多,发言人称待结果确定后会公布。

  爱因斯坦广义中有一个重要预言,如果大质量发生碰撞、爆发等极端事件会产生强大的引力波

  激光引力波天文台的发现再次让引力波成为焦点,引力波的理论提出很早,但我们至今没有发现。引力波的基础理论来自广义中的引力辐射理论,中预言了引力波会产生于强引力场的事件。有趣的是中的强引力场非常之多,比如超大质量黑洞合并,脉冲星自转、爆发等都是引力波的强有力来源。引力波与电磁波天文学又有不同的地方,比如引力波无法通过电磁辐射直接观测,引力波与中物质的相互作用常微弱的,可以至很远的空间。

  引力波的探测目前仍然存在困难,科学家认为引力波尽管有间接的显示其存在,但直接缺乏。在过去十多年内,科学家通过毫秒级脉冲星信号的筛查来发现引力波,但是也没有结果。对此科学家也提出了几种可能性的解释,比如引力波或位于高频段上,中子星合并产生的引力波需要利用灵敏度更高的探测器进行观测。这也是为什么激光引力波天文台每隔一段时间要升级的原因,如果在这个频段没有新的发现,就要继续升级。

  目前比较著名的要数激光引力波天文台,1999年建成的时候,造价接近4亿美元,在美国易斯安那州列文斯顿和州的哈福德之间有两个探测器,呈现L型排列,利用迈克耳逊仪原理进行测量引力波。L型测量臂很长,达到4公里,两个测量臂垂直排列,两端各有反射镜面。科学家认为激光在测量反射臂上来回反射,如果条纹发生了变化,就说明探测到了引力波事件。2005年之后,激光引力波天文台再次进行了升级,使用更高功率的激光器和避震措施,降低误差。

  在意大利的比萨附近也有类似的装置,一个双臂探测器长度达到3公里,是欧洲测量引力波的关键设备。汉诺威也有引力波测量装置,两个测量臂长度为600米。欧洲前不久还发射了LISA探者航天器,定点在拉格朗日点L1上,距离地球大约150万公里。达姆施塔特是LISA探者航天器的控制中心,探测器主要任务目的就是寻找中的引力波,内部带有2公斤的金铂合金立方体,数量为两个,为垂直放置,如果两个立方体发生变化,就证明探测到了引力波的存在。不过这个任务仅仅是欧洲空间局引力波空间探测计划的一部分,侧重于演示和验证。

  引力波的发现意义重大,从科学意义上看,引力波可以直接与大爆炸连接。广义中预言的引力波也可以产生于大爆炸中,这就是说大爆炸之初的引力波在137亿年后的今天仍然可以探测到。一旦我们发现了大爆炸时期的引力波,就可以揭开的各种谜团,甚至了解的开端和运行机制。因此也有这样的说法,如果引力波的发现被确定,那么几乎可以肯定会入选诺贝尔。1993年的诺贝尔就是授予了间接发现引力波存在的科学家,当时两位科学家泰勒和赫尔斯对脉冲星双星系统PSR1913+16进行研究,发现其系统内有两颗中子星,它们快速围绕对方公转,最终发现了引力波间接。

  一旦我们发现了大爆炸时期的引力波,就可以揭开的各种谜团,甚至了解的开端和运行机制

  2014年3月,BICEP2望远镜科学家称发现了大爆炸时期产生的原初引力波,这个发现瞬间轰动了世界,科学家在微波背景辐射中探测到B模偏振,认为这是原初引力波的。这个发现不仅意味着我们探测到引力波,而且还发现大爆炸时期的引力波,更令人惊讶的是根据这个理论我们甚至可以推出平行的存在。不过,很快BICEP2望远镜的发现被否定,科学家验证后发现是的尘埃对观测形成干扰,这个发现是错误。

  由此也可以看出,引力波对于现代天文学而言是多么重要,一旦发现引力波直接,我们就能够通过这个途径观测并研究它,进而揭开深层奥秘。

  

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