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李玉刚,凭借引力波,咱们听见世界的呢喃-雷火苹果app

admin 雷火电竞app 2019-11-04 117 0

早在1918年阿尔伯特爱因斯坦就曾经预言了引力波的存在。但他当时也明确地表示人类或许根本无法证实这个理论,因为引力波对于物质的作用实在太微弱了。100多年以后,科学家们成功地完成了这个几乎不可能的任务。

爱因斯坦悲观表述并没有组织科学家们的探索,自1960年以来,全世界的科学家们不懈努力尝试着去证实引力波的存在,其中也包括坐落在德国汉诺威的马克斯普朗克研究所引力物理学部。

从1990年起,物理学家卡斯滕丹兹曼就参与了这个项目,期间甚至成为了这个部门的主任。他使用干涉仪GEO600来搜寻引力波。2015年秋他们的寻找终于有了结果。在那之后,陆陆续续有更多的引力波被发现。

图解:卡斯滕丹兹曼站在可视化的引力波前

行星知识提问:Danzmann先生,在您寻找引力波的数十年间,绝大部分时间都是没有结果的,您有没有对您的研究失去过希望呢?

卡斯滕丹兹曼:我从未怀疑过我们终将测量到引力波。显然引力波一直就在那儿,只要我们变得更加敏感,使用更加精密的仪器,那就一定能在某天测量到引力波。只是没有人知道,究竟需要多长时间。

在2015年9月15日那一天到来了。干涉仪刚刚经历了一次全面改建,当它重新开始工作时,便记录下了第一个引力波信号。大家可以开始庆祝这项发现了吗?不,起初科学家们对于这次观测结果是持怀疑态度的。

我很清楚,我们当时都不相信这是一个真实信号。因此我们花了许多时间去验证,才逐渐意识到,我们有了怎样一个了不起的发现。就我个人而言,我必须承认,大概过了两个多星期之后我才相信,这个信号是真的。它并没有带给我迎面一击的眩晕感,而是一种无以言表的释然和幸福,“是的,多年的工作总算没有白费。”然后,我就很快适应了这种感觉。

证实引力波并不是在德国用GEO600实现的,而是用了两个美国的干涉仪。也因此在2017年底您的美国同事 Rainer Weiss, Barry Barish 和 Kip Thorne获得了诺贝尔物理学奖,您是否有些嫉妒他们呢?

其实,在哪一个探测器上被观测到,并不是关键问题,更重要的是我们的技术以及为此付出的的辛勤工作。我们都发现了一小部分,其中自然有一部分属于这里。最早在地球上听见引力波的是我们的两位博士后。要问为什么的话,那时美国正好是睡觉的时间。

图解:马克斯普朗克研究所引力物理学部激光干涉仪GEO600

您提到了Marco Drago和Andrew Lundgren,他们是真正意义上引力波的发现者吗?

准确地来说,没有人能够发现它,是电脑发现了它。许许多多的电脑程序在实时运行分析探测器输出的数据。

当一个探测器检测到特殊信号,且在10微秒误差内另一个探测器也检测到了同样的信号,那时计算机就会向我们示警。这样的事情经常会发生,不过通常只是一些干扰信号。接下来的任务就要交给我们。我们必须对比研究信号,并判断它到底是什么。

图解:LIGO的科学家们正在工作中

眼下在幸运地发现了引力波之后,您是否可以休息一下了呢?

恰恰相反,现在才刚刚开始。我们的研究并不是为了去证实引力波的存在。在这个问题上几乎没人怀疑过。我们的任务是打开新的窗户,为观测研究宇宙开发新的技术和工具。这是天文学一个新分支的开端。

您具体指什么呢?

我们很清楚,这个宇宙超过99%的部分是暗的。因此它们永远都无法通过光或者其他电磁波被观测。

所有物质都有引力。而所有受到引力作用,且运动的物体就会向外辐射引力波。这也意味着通过这种方式,我们能够接触到暗宇宙,它涵盖了我们宇宙极大的部分。

在2015年到2017年间有许多的引力波被记录测量,它们来自相互融合的黑洞。但是在2017年,您甚至幸运地得以观测到两个相互融合的中子星。对普通人来说,这听起来十分类似。那它们的区别到底是什么呢?

黑洞仅仅只能够表现出空间和时间的扭曲,而中子星则是由实际的物质组成的,也就是说,光学天文学家也能够观测到它们。除此以外,在很长的时间内,人们都可以听到整个中子星融合的过程,与之相比,黑洞的融合发生在十分之一秒内。

我们能够听到将近两分钟中子星最后的“死亡舞蹈”,这也让我们得以计算出它们在天空中相对准确的方位。因此光学天文学家们也就有机会可以观察这个事件。全世界超过70台天文望远镜在所有波段上对这次中子星融合事件进行了观测。

图解:2017年首次观测到的中子星融合

这次集中的测量带来了什么?

宇宙伊始只含有氢和氦,我们知道,宇宙中现在也含有许多更重的元素。那些更重的元素,比如金,是从何而来的呢?这个问题至今仍然是个未解之谜。一小部分是由恒星爆炸所催发产生的,但这并不能解释所有金元素的来源。

使用光学仪器对中子星融合进行观测得到的光谱向我们展示,在融合过程中产生了一个巨大的高炉。在这个高炉内,大量的金元素和其他的重元素被制造出来。现在,我们知道宇宙中那么多的金元素是哪儿来的了。

您对未来有什么展望?

引力波天文学才刚刚起步。首先我们想要获取更多的引力波信号,当然我们也会接收到许多其他的信号。如果能够发现那些我们至今还没意识到其存在的信号将会令人兴奋。我个人希望能在我有生之年听见来自宇宙大爆炸的声音。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. planet- Lexer

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