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爱因斯坦的重力波真的存在吗?

来源:东营市科技馆   时间:2019-04-03 15:13:10

      美国亚利桑那州立大学物理学家劳伦斯·克劳斯在社交网站推特上发布消息称自己收到可靠证据,美国激光干扰引力波观测站(LIGO)已成功侦测引力波。媒体广泛跟进了这一消息,并称LIGO研究团队正收集数据撰写报告。若传闻属实,广义相对论最重要的一项预测将得以证实,让人类进一步揭开宇宙奥秘。

  自爱因斯坦在广义相对论中预言了引力波的存在后,无数科学家日夜寻找就是没有找到。为此美国在列文斯顿和汉福德建造了两个巨大的引力波探测器,如今十多年过去了,仍然没有发现。这使得引力波是否真的存在成为一个萦绕在人们心中的未解之谜。

  引力波英文为gravity wave,也称为重力波。根据爱因斯坦的广义相对论,引力起源于质量对空间的扭曲:物质在时空中运动时,附近曲率会随之改变;如果大质量物体运动,例如两个黑洞碰撞,所产生的曲率变化会像波一样向外传播,导致时空压缩、伸展,这个现象就是引力波。简单地说,引力波是巨大物体靠近时在宇宙中产生的一种特殊的“时空涟漪”,可以将其想象成在时空中的微小起伏。随着引力波的传播,它将拉伸或挤压物体,但这些形变仅仅有亚原子量级(比原子更小的粒子、比原子更微观的物质层次)。因为微小,所以观测起来非常不易。

  具备物理学常识的人都知道万有引力无处不在,但是为何引力波却难以探测呢?这是因为万有引力实在太微弱了,只有当质量达到如太阳、地球、月亮这样的数量级,人们才能感觉到其存在,而重力波相比万有引力更加微弱,传到地球时已几乎消失,加上电讯干扰来源众多,要想在当中找出引力波的踪影,犹如大海捞针。就连爱因斯坦当年也认为,引力波应该是有,但要侦测到它恐怕是难之又难。

  虽然在探索引力波的道路上,科学家们曾闹出过一些乌龙,但也并非一无所获。迄今为止,业内普遍认同的一次阶段性的成果发生在1974年。1974年,物理学家Hulse和Taylor花了几个月时间跟踪一个脉冲星(编号PSR 1913+16)发出的脉冲信号。他们发现这颗脉冲星与另一颗看不见的中子星一起围绕着空间一点转动。根据脉冲信号,他们计算了两个天体的质量、旋转轨道和它们的相对运动轨道,发现脉冲星的轨道周期(只有短短的7.75小时)随着时间在衰减,而且其衰减方式在某种程度上与引力波辐射一致。天文学家认为,这颗脉冲星损失的轨道能量正是以引力波的形式传递出去的,从而间接证明了引力波的存在。

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