寻找相对论最后一块拼图打开时空的音乐盒

时间:2020-06-06来源:未知作者:admin点击:
2015年9月14日,这是一个载入人类科学史的大日子。这一天人类首次探测到了引力波。 就在一百年前,科学巨匠爱因斯坦提出了广义相对论。这一理论的横空出世,彻底改变了世界。它

  2015年9月14日,这是一个载入人类科学史的大日子。这一天人类首次探测到了引力波。

  就在一百年前,科学巨匠爱因斯坦提出了广义相对论。这一理论的横空出世,彻底改变了世界。它对时空的重新定义,是现代物理学的一大支柱。随之而来的,就是各种各样神奇的推论:光线会被大质量的天体偏折,引力会让时间变慢,引力红移现象,宇宙中有看不见的天体黑洞等等。这些看似不可思议的预言在随后的几十年纷纷得到了实验的证实。

  引力波,时空弯曲中的涟漪,通过波的形式从辐射源向外传播,以引力辐射的形式传输能量。

  简而言之,它就像水波一样。当我们朝平静的湖面扔一块大石头。在石头入水的地方,会出现一圈圈的波纹慢慢向外扩散。如果我们把湖面想象成时空之网,当网受到大力冲击时,就会出现向外扩散的涟漪,这就是引力波。原理很好理解,可是要实实在在检测到它,又是另外一回事了。

  你,我在走路、跑步、打球时,都会产生引力波,但这十分的微小,根本检测不到。

  只有宇宙中的大动静,才能产生足以让人类检测到的引力波,比如两个大质量黑洞的合并。

  13亿年前,一个29倍太阳质量的黑洞和一个36倍太阳质量的黑洞,相互围绕,逐渐靠拢。最后,合并成了一个62倍太阳质量的黑洞。这个新兴的黑洞高速地旋转着。在合并过程中,亏损了3个太阳的质量,这部分质量以强大的引力波形式释放到宇宙中。

  人类为了抓住这一次检测到引力波的机会,一代代科学家为之不懈奋斗,追赶的脚步一刻也未敢停歇。

  早在上世纪60年代,美国物理学家约瑟夫·韦伯就利用共振原理制成了他的引力波探测仪器——“韦伯棒”。这是一个直径1米、长2米、约重1吨的圆筒。工作时,把它用钢丝悬在安静的地方,如果有引力波经过,圆筒会发生共振,在圆筒内安装有灵敏的电压感应器,由此可以检测出引力波。

  1968年,韦伯宣称他检测到了引力波,但是当学界再次对其进行验证时,却始终一无所获。

  时间来到了90年代,麻省理工学院与加州理工学院在美国科学基金会的资助下,开始联合建设“激光干涉引力波天文台”(LIGO)。其原理就是,在仪器内发射两束激光,如果这两束光走过的路程一样长,那它们重逢时,出现的干涉条纹中间是明亮的。如果这两束光走过的路程不一样长,出现的干涉条纹中间会变暗。也就是说,把引力波经过时所造成的长度变化,转化为激光干涉结果的光线明暗变化。

  在开始的几年,LIGO没有探测到引力波的信号。接下来的几年仍一无所获。但是LIGO团队没有气馁,一次一次地升级改造,不断地加长探测臂,以提高灵敏度。

  我们人类做好了一切准备。终于,在2015年9月14日,13亿年前两个黑洞合并所产生的引力波如约而至。

  引力波的频率范围,正好和我们耳朵所能听到的频率范围类似,都在几十赫兹到上千赫兹之间。科学家形象地笑称:“有了引力波,我们就可以聆听黑洞,倾听最美妙的时空交响曲了!”

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