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引力波观测的意义:为认识宇宙打开一扇新窗口

发布时间:2017-10-03 22:20:01 来源:第一财经 责任编辑:笙火

今年诺贝尔物理奖的获得者之一,已经85岁高龄的Ligo团队核心创始人韦斯(Rainer Weiss)曾在2015年首次探测到引力波时说:“有一只猴子坐在我的肩上长达40年,它一直在我耳边唠叨,说这(Ligo)真的能成功吗?你已经拉了一大堆人进来,万一这是个错误呢?突然,这只猴子跳开了,这实在是巨大的解脱。”

引力波观测的意义:为认识宇宙打开一扇新窗口

只是一个开始

诺贝尔物理奖的发布会延迟了5分钟开始。当地时间上午11时50分,诺贝尔委员会成员走进瑞典皇家科学院的发布会房间,随后公布了2017年诺贝尔物理奖的得奖人名单——美国麻省理工大学教授韦斯,加州理工学院教授巴里什(Barry C. Barish)和索恩(Kip S. Thorne)。

三位科学家因为发起并领导Ligo(激光干涉引力波天文台)项目,并因将理论及实验物理学应用于宇宙研究领域做出的贡献而受到表彰。

不过可惜的是,引力波探测的先驱、Ligo创始人之一的加州理工学院教授德雷福(Ronald W.P. Drever)今年3月在爱丁堡辞世,享年85岁,未能等到这一科学界的最高奖项。德雷福设计并实现的Ligo干涉仪对于探测引力波所需的极度灵敏条件至关重要。

“在宇宙诞生之初,还没有光的时候,就已经有引力波了,所以发现引力波,就可以研究宇宙最初期的物质形态。”上海天文台原台长赵君亮对第一财经记者表示,“不过要用于未来实际的天文研究,还有很长的路要走。”

今年2月,第一财经记者专访了参与Ligo项目的上海人张渊皞。当时张渊皞还在美国罗切斯特理工大学读博士。他感慨地说道:“这个信号太完美了。主观上一直不敢相信,似乎是一个弱得不能再弱的信号,才能体现出Ligo强大的威力。”

如今,张渊皞刚刚加入了德国马克斯-普朗克研究所(Max Plank Institutes),仍然从事引力波数据的收集工作。他第一时间和第一财经记者分享了引力波获得诺贝尔奖的喜讯。

“发现引力波只是引力波天文学的开端,它为观察宇宙打开了一扇新的窗。”张渊皞对第一财经记者表示,“更重要的是之后的物理学。目前发现的都是双黑洞合并的信号,还有比如双中子星、银河系内中子星的信号和其它未知的信号,以后的新发现都会为理解宇宙提供新的方法和证据。”

诺贝尔大会对于引力波的发现这样评价:“2015年9月14日,人类历史上第一次探测到引力波。爱因斯坦在100年前预测了引力波,是由两个黑洞在合并时产生的。引力波抵达美国Ligo天文台需要经历13亿光年。”

这意味着,当引力波抵达地球的时候,是非常非常微弱的,但是对人类天体物理学的变革产生积极意义。引力波为人类观察宇宙中最为激烈的天文活动提供了全新的方式,并且考验着人类的认知极限。

挑战人类认知极限

Ligo作为引力波目前最为灵敏的观测项目,由全世界20多个国家超过1000名科研工作者共同完成,并且实现了人类半个世纪的目标——探测引力波。而此次获奖的三位科学家在领导引力波项目的实现过程中,功不可没。

引力波观测的意义:为认识宇宙打开一扇新窗口

正如韦斯教授在接到诺贝尔大会电话时所强调的:“引力波并不是三个人的研究成果,而是一个千人团队才能完成的项目。我们为此努力了整整四十年!”

韦斯教授和已经辞世的德雷福教授是Ligo团队中的关键核心人物,他们是Ligo的发起者。1964年,Weiss加入麻省理工学院物理系时,Ligo只是他设计的广义相对论课程的一项课堂练习。1975年,韦斯教授认识了加州理工大学的物理学家索恩教授。

索恩教授是著名的理论学家,研究重点是引力物理和天体物理学,侧重于相对论恒星、黑洞和引力波。30年来他一直在推崇Ligo项目,与韦斯教授和德雷福教授密切合作,为探测引力波提出新的技术和思路。他还是好莱坞影片《星际穿越》的执行制片人和科学顾问。

巴里什教授对于粒子物理学的大型项目有着丰富的经验,他曾经担任Ligo项目的首席科学家,具体协调了Ligo项目的发展以及设备的建造和实施。


在爱因斯坦在广义相对论中这样描述引力波:“引力波以光速迅速扩散,充满整个宇宙。”他解释道,引力波产生于巨大的加速中,比如冰上运动员做单脚旋转,或者两个黑洞交替旋转时。不过爱因斯坦认为,引力波是永远无法测量的。而借助于Ligo巨大的激光探测仪,它们能在引力波经过地球的时候,测出比原子核千分之一还小的微量变化。

目前,科学家通常用宇宙射线或者中微子等电磁辐射和粒子来探索宇宙,引力波作为探测时空本身的直接手段,为人们打开了观测看不见的世界的新方法。利用这种方法,科学家能够捕捉到引力波并将其翻译成有效信息,带给人类更多惊喜的发现。

侯维铖 本文来源:第一财经 责任编辑:侯维铖_NT4124

责任编辑: 笙火

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