昨夜,人类第一次发表观测到了两颗超密度中子星的融合,并且探测到了引力波,这一消息在物理学界引发了巨大的轰动。
科学家们说,如果没有发现引力波,这一发现是不可能实现的。从发现引力波到授予了2017年诺贝尔物理学奖,仅仅只有2年。
背景资料:
问:什么是引力波?
阿尔伯特爱因斯坦在一个世纪前的广义相对论中预言了引力波。在这个理论的基础上,空间和时间是相互交织的,这是我们对宇宙的概念的第四维度,除了我们对它的三维感知之外。
爱因斯坦假设质量通过它的引力来扭曲时空。
一个常见的类比是把时空看作是蹦床,把它当作一个保龄球放在它上面。在蹦床表面的物体将会“下降”到代表重力的中心。
当有质量加速的物体——当两个中子星或黑洞相互靠近时——例如,它们以光速在它们周围的弯曲时空中发出波,就像池塘里的涟漪一样。
物体越大,波越大,它就越容易被探测到。
引力波不会与物质发生相互作用,在宇宙中穿行几乎是畅通无阻的。
问:为什么他们如此难以捉摸?
爱因斯坦本人也曾怀疑过引力波会在多大程度上被探测到。
例如,一对合并的黑洞产生的涟漪将会在地球上延伸100万公里(621000英里)的尺子,比一个原子的大小还小。
问:他们是如何检测到的?
一种技术是检测物体间距离的微小变化。
穿过物体的引力波扭曲了它的形状,拉伸并挤压它在波传播的方向上,留下了一个微小的,尽管微小的效应。
像美国的LIGO和意大利的处女座这样的探测器,被设计用来在激光光束中捕捉这种扭曲现象。
在LIGO中,科学家们将光线分成两束垂直的光束,经过几公里的反射后,反射回他们开始的地方。
它们返回的长度上的任何差异都会指向引力波的影响。