爱因斯坦世纪预言获验证,美国科学家宣布直接探测到引力波(组图)

两颗黑洞相互盘旋发出引力波示意图。 本文图片均来自网络两颗黑洞相互盘旋发出引力波示意图。 本文图片均来自网络
2016年2月11日,LSC(LIGO科学合作组织,LIGO Scientific Collaboration)向全世界宣布:人类首次直接探测到了引力波,并且首次观测到了双黑洞的碰撞与并合。引力波——时空的波纹示意图。

引力波——时空的波纹示意图。

引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。作为广义相对论的重要预言,直到在上个世纪60年代,引力波的存在性也仍被不少物理学家质疑过。此后的漫长岁月里,几代物理学家付出了无数努力,广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实,唯有神秘的引力波一直没有被发现。引力波的发现同时还可与宇宙大爆炸产生直接联系,它的发现将进一步为人类提供关于宇宙天体、银河系和黑洞研究的全新视角。两颗黑洞相互盘旋发出引力波示意图。 本文图片均来自网络

计算机模拟演示如何扭曲太阳与地球之间用绿色网格代表的空间、时间和时空。

1915年,爱因斯坦发表的广义相对论中预言了宇宙诞生之初产生的一种时空波动——引力波的存在。广义相对论告诉我们:在非球对称的物质分布情况下,物质运动或物质体系的质量分布发生变化时,就会产生引力波。在宇宙中,有时就会出现如致密星体碰撞并合这样极其剧烈的天体物理过程。过程中的大质量天体剧烈运动扰动着周围的时空,扭曲时空的波动也在这个过程中以光速向外传播出去。因此引力波的本质就是时空曲率的波动,也可以唯美地称之为“时空涟漪”,如同石头被丢进水里产生的波纹一样,黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。它带有强大的吸引力,科学家认为它能携带信息,可以回溯宇宙起源时候的状态。

美国加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,缩写为LIGO)”的研究人员11日在华盛顿举行记者会,宣布他们利用LIGO探测器于2015年9月14日探测到来自于两个黑洞合并的引力波信号。双星系统绕质心运动的示意图:牛顿力学中这个轨道总是稳定的,但在相对论力学下引力辐射会造成轨道的缓慢收缩。
双星系统绕质心运动的示意图:牛顿力学中这个轨道总是稳定的,但在相对论力学下引力辐射会造成轨道的缓慢收缩。

线性偏振引力波。

线性偏振引力波。

激光干涉引力波天文台在美国的华盛顿汉福德与路易斯安娜州之间有两个探测器,呈现L形排列,利用迈克耳逊干涉仪原理进行测量引力波。L形测量臂很长,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,如果干涉条纹发生了变化,就说明探测到了引力波事件。2005年之后,激光干涉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。

2015年9月14日北京时间17点50分45秒,LIGO位于美国利文斯顿与汉福德的两台探测器同时观测到了GW150914信号。后续跟进的数据分析结果还显示,GW150914是一个36倍太阳质量的黑洞和一个29倍太阳质量黑洞并合事件,在并合后产生了一个62倍太阳质量带自旋的kerr黑洞。合并后的黑洞为什么损失了3个太阳质量?这意味着,相当于3个太阳质量的能量在合并过程中以引力波的形式释放出去了。两颗黑洞相互盘旋发出引力波示意图。 本文图片均来自网络两个黑洞的合并过程及其对于背景星光的扭曲形变效果示意图。两颗黑洞相互盘旋发出引力波示意图。 本文图片均来自网络
一个中央存在两个黑洞的星系。

这一辐射的能量有多大?科普作家张轩中撰文解释称:“通过爱因斯坦的著名质能方程E=MC2计算可知,这相当于数以亿亿亿亿计的原子弹同时爆炸,其威力相当惊人,整个空间都在颤动。这一颤动也在十几亿年后传到了地球——这就是目前LIGO探测到的引力波。引力波信号传递到地球以后,其在激光干涉仪的接受器上会形成一个电子信号,这个电子信号在模数转换后在终端电脑上表现为一个"引力波信号波形"。对这一波形的处理堪称技术性难题,而科学家需要从波形里读出很多信息:黑洞并合所花费的时间、并合后黑洞的质量、并合后黑洞的自转角动量、黑洞并合事发现场距离地球的距离。”

那么,《三体》里描述的人类与外星生物间的星际通讯,有望成真了吗?来源澎湃新闻)
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