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人类首次直接探测到引力波

2016-02-12 09:43   浏览:1951 次
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美国当地时间2月11日上午10点30分(北京时间2月11日23点30分),美国国家科学基金会(NSF)在华盛顿宣布:LIGO首次直接探测到了引力波。

LIGO探测到的引力波是由13亿光年之外的两颗黑洞在合并的最后阶段产生的。两颗黑洞的初始质量分别为29颗太阳和36颗太阳,合并成了一颗62倍太阳质量高速旋转的黑洞,亏损的质量以强大引力波的形式释放到宇宙空间,经过13亿年的漫长旅行,终于抵达了地球,被美国的LIGO的两台引力波探测器探测到。

LIGO两台探测器记录到的波形

图:LIGO两台探测器记录到的波形

此次探测到的引力波信号初始频率为35Hz,接着迅速提升到了250Hz,最后变得无序而消失,整个过程持续了仅四分之一秒。位于利文斯顿的探测器比位于汉福德的探测器早探测到7毫秒,这个时间差表明引力波是从南部天区传来。

有关LIGO发现引力波的传言已在物理学界传播了几个月,最早透露这一消息的是美国亚利桑那州立大学物理学家劳伦斯·克劳斯,但一直没有获得LIGO项目组证实。

什么是引力波

根据爱因斯坦的广义相对论,大质量天体的加速、合并、碰撞等事件可以形成强大的引力波,如同时空中的涟漪。引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”,如同石头丢进水里产生的波纹一样。引力波的形成过程虽然涉及到黑洞、超新星等天体事件,但传递到地球时却变得非常微弱,需要更加精密的仪器才能探测到引力波。在此之前,科学家们始终未能使用地面观测设备证实它的存在。

什么是LIGO

激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,简称:LIGO),由全球16个国家和地区的80多个研究机构大学、1000多名科学家,共同参与。LIGO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型排列,利用迈克耳逊干涉仪原理进行测量引力波。

激光干涉引力波天文台(LIGO)

图:激光干涉引力波天文台(LIGO)

L型测量臂很长,达到4公里,两个测量臂垂直排列,两端各有反射镜面。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。

引力波探测的意义?

引力波天文学将是继传统电磁波天文学、宇宙线天文学和中微子天文学之后,人类认识宇宙的全新窗口,必将引发一场天文学的革命。

引力波探测除了能够检验广义相对论之外,还有助于证明其它版本的引力理论正确与否,还将推动引力量子化的研究,最终把引力融入其它三种基本相互作用,完成爱因斯坦的伟大梦想。

引力波像其它的波一样,携带着能量和信息。电磁波(宇宙背景微波辐射)只能让我们看到大爆炸38万年之后的景象,而引力波能够让我们回望宇宙大爆炸最初瞬间,检验宇宙大爆炸理论的正确与否。

引力波的基础理论来自广义相对论中的引力辐射理论,相对论中预言了引力波会产生于强引力场的天体事件。引力波的发现,是在爱因斯坦提出相对论100周年以后对广义相对论这一理论本身的一个重要肯定。

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