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探测“时空的涟漪”——解读2017诺贝尔物理学奖

发布时间:2017-12-03 阅读:

  检测“时空涟漪” - 解读2017年诺贝尔物理学奖成果 - 新闻 - 科学网

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  在10月3日,在瑞典斯德哥尔摩赢得诺贝尔物理学奖的三位美国科学家瑞纳维斯,巴里·巴里什和基普索恩(从左到右)在新闻发布会上亮相。瑞典皇家科学院3日宣布,2017年诺贝尔物理学奖将授予美国科学家Renavis,Barry Barris和Kip Thornton,以表彰他们对发现引力波的贡献。新华社发(史天生摄)

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  新华社北京10月3日电(记者胡丹丹黄坤)我们可以通过听声音来区分乐器的类型和纹理。物理学家也以类似的方式研究宇宙。引力波是如此时空的波纹,可以通过极其敏感的探测器听到,并向我们传达宇宙的信息。

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  美国科学家Reneves,Barry Barris和Kip Thorne因其对激光干涉重力波观测站(LIGO)项目及引力波的发现的贡献而于2017年荣获诺贝尔物理学奖。

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  首先,什么是引力波?

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  根据爱因斯坦的相对论,时空可以是弯曲的,而大量物体在其中移动并产生引力波,就像扔进水里的石头会产生水波,这常常被称为引力波时间和空间的涟漪。

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  然而,这种由普通物体产生的引力波极其微弱,甚至爱因斯坦本人也认为它是不可观测的。事实上,由LIGO项目观察到的两个黑洞合并所产生的引力波,只会使仪器的变化比原子核小得多。

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  爱因斯坦的相对论已经出版了好几个世纪,很多预言如水星的近期点和引力红移的效应已被证实,但引力波从来没有被检测到,因此引力波也叫做广义相对论实验验证中最后一个缺失的部分。

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  二,如何检测引力波?

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  今年的获奖者创造并领导了LIGO项目,该项目在美国路易斯安那州的Livingford建立了两个重力波探测器,距离华盛顿的小镇汉福德(Hanford)约3000公里,每个探测器有两个长形的L形臂,每个4公里长。

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  这样一个巨大的实验装置,为了远距离激光干涉,尽可能地放大引力波的影响。当来自遥远宇宙的引力波到达地球时,实验装置中只有一小部分核的大小发生变化。这个弱信号也可以被这个装置检测到。研究人员认为,这是迄今为止最先进的科学测量设备。

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  2015年9月14日,LIGO项目终于从13亿年前的双黑洞联合体系中发现了引力信号。随后,科学界又发现了引力波。最后,今年9月27日,美欧两次引力波任务宣布,他们是8月14日首次联合发现引力波事件。

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  第三,引力波的用途是什么?

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  引力波为人们了解宇宙开辟了新的途径。过去对宇宙的科学探索大多依靠光学望远镜,射电望远镜等手段,而引力波则不同于信息载体的光芒。

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  通过分析引力波信号,我们可以确定远处的宇宙正在发生什么。例如,2015年这个引力波事件得出的结论是,合并之前两个黑洞的质量分别等于36和29个太阳质量,合计总质量是62个太阳质量,相当于3个太阳质量能量的释放小于引力波形式的第二个宇宙是一个巨大的变化。

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  引力波的波形特征与声波的波形特征相似,这就是为什么科学家们将其转换为声波来演奏出宇宙的声音。通过检测引力波来分析宇宙中的各种事件,就像根据乐器的声波和玩家的演奏来确定乐器的纹理类型。

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  当引力波首次被发现时,LIGO发言人兼路易斯安那州立大学物理学家Gabriella Gonzalez说:“这一发现是新时代的开始,引力波天文学已经成为现实。

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  至于引力波在现实生活中的应用,科学家们认为,包括太空旅行在内的科幻太空旅行的概念还很早,而利用引力波的太空通信则遥遥无期。然而,引力波的发现无疑打开了一扇新的大门,为未来增添了更多新的可能性。

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