为什么引力波的发现令科学家如此兴奋？

2016-2-15 10:56| 发布者: update| 查看: 1872| 评论: 5

摘要: 来自加州理工学院、麻省理工学院以及激光干涉仪引力波观测台的科学家将于11日发布有关引力波探测的“进展报告”。研究人员可能终于将宣布直接观测到这种微弱的波。为什么引力波的发现令科学家如此兴奋？这种超越人类 ...

上班第一天，各网站被科学家发现引力波的新闻刷屏了，为什么引力波的发现令科学家如此兴奋？这种超越人类经验的存在，超越感官可触及的东西，却能被人类认知，同时不得不惊叹人类科技的进步！

那么什么是引力波？它为何如此引人关注？

1916年，作为其开创性的广义相对论的一个衍生物，爱因斯坦提出了引力波的存在，它们是时空的涟漪。

这一改变游戏规则的理论认为，质量使时空弯曲，就像把一个保龄球放到一个蹦床上的效果。蹦床表面上的其他物体会“跌”向中心——这是对引力的一个比喻，时空就是那个蹦床。

当这些物体加速时，它们沿着弯曲的时空构造以光速发出涟漪——物体质量越大，引力波越大，也越容易被发现。引力波不与物质相互作用，能够畅通无阻地在宇宙中穿梭。

最强的波产生于宇宙中变化最剧烈的过程——两个黑洞的碰撞，大质量恒星爆炸，或者约138亿年前宇宙的诞生。

为什么探测到引力波非常重要？

专家回答道，找到引力波的证据将结束对爱因斯坦理论的一个关键预测的探寻，爱因斯坦的理论改变了人们对于时空等概念的基本认识。

假如引力波能够被探测到，这将为天文学打开一片激动人心的新天地——能够根据遥远的星体、星系和黑洞所产生的波来对它们进行测量。

最难探测到的所谓的原始引力波将推进另一个重要的宇宙学理论，即宇宙诞生之初的“膨胀”或者指数式扩张。理论认为，原始波至今仍在宇宙中回响，尽管非常微弱。

如果能够找到它们，我们就能得知膨胀时期的能量规模，从而更好地认识大爆炸本身。

“为什么它们如此难找”

这个问题，专家表示，爱因斯坦本人都怀疑引力波是否能被找到，因为它们实在太微小了。对于它们的存在，科学家目前只能找到间接的证据。

来自加州理工学院、麻省理工学院以及激光干涉仪引力波观测台的科学家将于11日发布有关引力波探测的“进展报告”。研究人员可能终于将宣布直接观测到这种微弱的波。

引力波探测仪“就是一台将太空中的波动转变为电子信号的大型仪器”。

这一发现将是科学领域的一个里程碑，它将开辟一种全新的观察宇宙的方式，并解开有关宇宙早期以及黑洞、中子星等神秘物体的秘密。

引力波研究有何意义？

基础研究关乎我们对世界的理解，只有发现世界运行的规律，才能慢慢转化成应用研究。基础研究的成果可能需要50年到100年才能应用到老百姓的生活中，但如果不去研究，科学是无法进步的。中国科学院国家天文台研究员苟利军给记者举例道：“广义相对论刚提出来的时候，谁也不知道它有什么用，但现在日常生活中，它的运用非常广泛，最直接的例子就是导航。

根据广义相对论，地面和卫星所处高度的时间流逝是不一样的，如果没有把这个误差计入，那么我们就会被导航到离目的地很远的另一个地方。再比如，互联网是为了解决欧洲大型粒子对撞机分享数据时的传输问题，才被科学家们发明出来的，并不直接出自应用领域。”

李淼告诉《环球时报》记者，引力波的研究对测量地球矿藏及水资源分布等有非常重要的科学意义，此外还能极大地推动激光物理和航天技术等发展。

盘点世界各国的大型引力波探测项目

在美国的LIGO计划开始之后，欧洲也开始进行引力波探测计划。目前，比较大型的探测器是由英国和德国合作，在德国Hannover附近建造的GEO 600探测器，以及由法国和意大利合作，在意大利Pisa附近的VIRGO探测器。GEO 600探测器的壁长是600米，而VIRGO的臂长是3000米。相比之下,VIRGO的造价和性能都远高于GEO 600，而和LIGO相当。

大家也许会问，为什么经济实力更强的英、德两国在引力波探测器的规模上竟然会比不过法意两国呢？据说，本来前西德也要建造一个4公里臂长的探测器。但是由于东西德合并，西德支持东德，这个经费就被砍掉了，只好建造一个600米的探测器。

日本也开始建造大型的KaGRA引力波探测器。早年，在日本有一个TAMA300探测器，位于东京附近的三鹰市，在日本的国家天文台院内，臂长300米。日本科学家多年来一直致力于推动大型引力波探测，这个KaGRA项目终于在2008年立项。目前，这个探测器的建设已经基本完成，进入了调试阶段。

印度将建立全球第三个激光干涉仪引力波观测台（即LIGO-印度）以探测引力波，这一观测台将与美国现有的两个观测台相仿。如果LIGO-印度真的付诸现实，印度将加入引力波探测器全球网络。在印度建设一个观测台具有重要意义，因为这些观测台之间的距离越远，定位引力波的精确度就越高。

早在上世纪70年代，引力波探测这一被诺贝尔奖获得者杨振宁称为“投钱少，有重大科学意义”的研究领域，就曾经在中国引起过热潮。但中国的研究从1998年起中断十余年。

2008年，在中科院力学所国家微重力实验室胡文瑞院士的推动下，中科院多个研究所及院外科研单位共同成立了科学院空间引力波探测工作组，开始探索中国空间引力波探测的可行性。这一项目被列入中科院空间科学2050年规划。

中国本土重大引力波探测工程“天琴计划”已经于2015年7月份正式启动，部分关键技术研究已有具体进展，目前正在立项中。据介绍，中山大学“天琴计划”是以引力波研究为中心，开展空间引力波探测计划任务的预先研究，制定中国空间引力波探测计划的实施方案和路线图，并开展关键技术研究。根据目前的设想，“天琴计划”主要将分四阶段实施：第一阶段完成月球/卫星激光测距系统、大型激光陀螺仪等天琴计划地面辅助设施;第二阶段完成无拖曳控制、星载激光干涉仪等关键技术验证，以及空间等效原理实验检验;第三阶段完成高精度惯性传感、星间激光测距等关键技术验证，以及全球重力场测量;第四阶段完成所有空间引力波探测所需的关键技术，发射三颗地球高轨卫星进行引力波探测。

李淼表示，引力波的发现，将会进一步刺激各国的研究进度，世界各地的引力波研究计划将很快推进，中国本土研究的进展也会加快。