五個問題解說引力波

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五個問題解說引力波

美國“激光干涉儀引力波觀測臺”（LIGO）執行主任戴維·賴茨在華盛頓舉行的記者會上宣布，科學家首次探測到被科學界期待已久的、由愛因斯坦提出的引力波的存在。

什么是引力波？

引力波是在空間-時間組織中發生的微小波動。設想一下，宇宙如同一張蹦床。如果我們向宇宙中丟入一根羽毛，什么也不會發生。但是如果我們丟入一個籃球，這個組織就會在重量之下發生彎曲變形，而且籃球越大，變形的幅度也就越大。用愛因斯坦的廣義相對論說，由于物質的存在，空間和時間會發生彎曲。但是，這種波動和變形并非永遠留在物體附近，而是有可能通過宇宙向外傳播，就像地震產生的地震波。這就是引力波。不同于地震波的是，引力波可以以光速在空蕩蕩的空間中旅行穿梭。

為什么發現引力波如此重要？

100年前，愛因斯坦的廣義相對論預言了引力波的存在，但同時認為引力波本身十分微弱，因此幾乎不可能被發現。從那時起，全世界的科學家都在試圖與引力波來一場“不期而遇”。發現引力波有助于探測到宇宙中發生的爆炸性大事件，比如黑洞融合、中子星事件、超新星爆炸，甚至是138億年前導致宇宙誕生的大爆炸。此外，引力波的出現有可能促使天文學進入新的時代，它攜帶著不同于光和電磁輻射等方式傳遞過來的有關遙遠天體的信息。

什么引發了引力波？

引力波是由運動中的物質創造的。但是，引力是四種基本相互作用中最弱的，因此它產生的波動極其微弱。物理學家認為，其振幅之小至多相當于一個質子直徑的千分之一。如此小力量的波動只能由處在高速運動中的龐大體系引發，如處在軌道上的即將合二為一的兩個黑洞。由于這樣的體系十分罕見，與我們的距離要以光年計算，所以對引力波的搜尋一直瞄準的是來自宇宙深處的能量最強大的天體系統所產生的微小影響。

LIGO如何發現了引力波？

“激光干涉儀引力波觀測臺”由兩個孿生探測器組成，這兩個引力波探測器分別位于路易斯安那州利文斯頓和華盛頓州漢福德。它們的任務是搜集通過引力波傳送到地球的微小時空運動。每個探測器都有長達4公里的呈L形的測量臂。如果一股引力波通過探測系統，它通過激光束的距離會發生微小的變化。如果LIGO捕捉到了這種差異，便表明探測到了引力波。

由于具備兩個孿生裝置，LIGO可以最大限度地排除地面干擾，比如交通或地震產生的干擾。引力波探測器世界各地都有，包括位于意大利的“先進的處女座”引力波探測器、德國的GEO引力波探測器和日本的TAMA引力波探測器等。

之前沒有發現過嗎？

2014年3月，美國哈佛——史密森天體物理學中心的物理學家宣布首次探測到來自宇宙大爆炸的引力波。這一發現被視作21世紀的偉大發現，如果獲得證實幾乎可以肯定獲得下一個諾貝爾物理學獎。然而，時隔不久對這一發現的質疑和否認之聲便紛紛出現。研究人員對歐洲航天局“普朗克”號探測器和位于南極的BICEP2望遠鏡的數據進行整體分析后證實，并沒有結論性證據支持這一發現，物理學家將引力波與銀河系中可以產生類似效果的星際塵埃混為一談。