00 00 00:00:00 周几

引力波:宇宙的波浪

科技 2022-05-05 17:07:45
3阅读

作者:黎荔

北京时间2017年10月16日22点,激光干涉引力波天文台(LIGO)科学合作组织和处女座引力波探测器(Virgo)合作组织联合召开发布会,宣布再次探测到时空的涟漪。

一个黑洞合并另一个黑洞,一个中子星碰撞另一个中子星,一个粒子轰击另一个粒子,一个波经过另一个波,一个量子态纠缠另一个量子态存在……在浩瀚的宇宙舞台,这是正在无穷无尽地发生的天体事件,但对于能力有限的人类而言,我们的科学家才第一次同时观测到了引力波及其电磁对应体,以及科学家预言的巨新星现象。这是继2015年9月以来,人类第五次探测到引力波。与之前被探测到的,来自双黑洞合并的4个引力波信号不同,这次探测到的引力波信号GW170817来自1.3亿光年外两颗并合的中子星。

中子星是恒星演化末期形成的一类致密天体,一小勺中子星物质重达10亿吨。虽然它的半径只有十几公里,质量却与太阳相当。中子星到底有多硬?其内部物质以何种状态存在?这些一直是科学家感兴趣的问题。在今年8月17日探测到的两颗中子星并合中,科学家尚不清楚,最终是形成了更大质量的中子星,还是黑洞。但已知的是,新天体的质量约为2.74倍太阳质量,而在这个过程中损失的质量,主要转化成引力波和电磁波,辐射向宇宙各个方向。

引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论。时间和空间会在质量面前弯曲,时空在伸展和压缩的过程中,会产生振动传播开来,这些振动就是引力波。所谓引力,就是质量引起的时空扭曲的效应。地球和其它行星绕着太阳转是因为太阳周围的时空弯曲了。引力波是空间弯曲的动态传播。一个静止的天体只能造成空间的静态弯曲,正如静止的电子只能产生静电场。当两个天体互相绕转的时候,它们的引力对空间的扭曲是随时间变化的。就好像有人在水池中央搅动水面,水面的变化会以波动的形式传向四方。这个波浪速度之快,会形成强烈的涡流,会改变附近的时空状态,其效应就像涟漪以光速在宇宙传播。

过去数十年来许多跨国科学团队都致力于找寻引力波存在证据,但引力波对于附近时空的冲击因距离地球太远,弱不可见,加深了观测的难度。而现在,人类科学家不仅成功地五次探测到引力波,尤其首次探测到壮丽的双中子星并合产生的引力波,而且直接找到了其光学对应体,也就是伴随着合并过程的剧烈电磁辐射。引力波与电磁波的首次联合观测,正式标志着天文物理掀开多信使时代的新一页,也即引力波和传统电磁波结合的多信息观测天文学的未来。

引力波开辟了一扇观察宇宙的新的窗口。在这个新窗口中,我们通过引力相互作用中的引力波来观察宇宙中最猛烈的极端事件:两个黑洞并合、碰撞;中子星旋转、并合;超新星核塌缩等。这是一个新的天文学的开始。未来,大量的黑洞,或者中子星合并事件将被发现,人们还可以用它们的统计信息研究宇宙中的恒星形成历史。引力波的确认也为人们研究宇宙大爆炸最初时刻带来了曙光,宇宙暴涨时期发出的原初引力波,可能带给我们宇宙初生时真正的信息。引力波真正吸引人的是它的未来,帮助人类探知更本质的天体高能物理现象。此外,引力波也给我们提供了了解宇宙的另外一个全新维度。如果说之前仅仅是看到的宇宙的图景,却没有声音。那么,引力波给探测宇宙的方式上增添了一个声音的维度,丰富了我们探索宇宙的方式。人类从此面对宇宙不再是聋子了!

引力波天文时代到来了。在这之前,我们关于宇宙的信息来自宇宙中传来的电磁波和高能粒子,而引力波带来了主宰宇宙的引力的直接信息。我们正站在这个伟大的刻度之上。历史就这样垂顾了我们,令我们成为转折点的守望者。

引力波有望为人类描绘一幅全新的宇宙图像,有望对天文学和宇宙学带来深远的影响。中国正在积极参与到这个领域的前沿探索。目前我国主要的大型引力波探测项目是中国科学院从2008年开始发起的“太极计划”,和中山大学的“天琴计划”。此时此刻,中国的慧眼HXMT天文卫星正在太空翱翔,时刻准备着“目睹”引力波发出的时候天体所发出的X射线和伽马射线!在2017年8月17日的双中子星并合引力波事件中,慧眼HXMT天文卫星就进行了成功监测,为全面理解该引力波事件和引力波闪的物理机制做出了重要贡献。

肯定有人说,引力波这玩意儿到底能干啥?实话实说,这事确实和作为吃瓜群众的我们,没有直接关系,如果确实要有什么应用价值,不妨再活500年试试看?记得今天上研究生课的时候,我和学生大谈人类的“向上意志”,一个来自于心理学家阿德勒的概念。人类的一切行为都受“向上意志”支配,这种为卓越而进行的奋斗是内在的,不仅在个体的水平上,而且在一切文化的历史上同样进行着这样的奋斗。“向上意志”可以解释人类在走出黑森林的三百万年来,为何屡败屡战,不断纠错,路漫漫其修远兮,上下求索、开据自由和生活。之所以人类的征程是星辰大海,因为有一种向上的内驱力,它引导着人和种族永远不断进步。

如果浩翰的宇宙是一个无边地际的大海,人类正在扬帆出发。远方,每一条波纹,每一滴水声,都让人心醉。是风在迅速展开,是浪在暗中涌起,我们已在海岸线徘徊久了,身体里的日子也排列成波浪,如今游鱼要跃入水中了,它们要把自己的身体融和在一波又一波之中,溶入无穷摇荡的宇宙的波浪。

the end
免责声明:本文不代表本站的观点和立场,如有侵权请联系本站删除!本站仅提供信息存储空间服务。