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    首次探測到引力波!長啥樣?

    時間:2016-02-10 11:50 轉載請尊重版權注明來源和作者

    尾猿會網轉載:北京時間2月11日23點30分,物理學家宣布人類首次直接探測到引力波!引力波是愛因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動。

     

    人類首次直接探測到了引力波

     

    兩顆黑洞相互盤旋發出引力波示意圖

     

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    什么是引力波?

     

     

    騰訊太空 喬輝 2月11日報道

    美國當地時間2月11日上午10點30分(北京時間2月11日23點30分),美國國家科學基金會(NSF)召集了來自加州理工學院、麻省理工學院以及LIGO科學合作組織的科學家在華盛頓特區國家媒體中心宣布:人類首次直接探測到了引力波!

     

    人類首次直接探測到了引力波

    科學家為直接探測到引力波的消息歡呼(從左到右分別為:Gabriela Gonzalez, Rainer Weiss和Kip Thorne)

    這次探測到的引力波是由13億光年之外的兩顆黑洞在合并的最后階段產生的。兩顆黑洞的初始質量分別為29顆太陽和36顆太陽,合并成了一顆62倍太陽質量高速旋轉的黑洞,虧損的質量以強大引力波的形式釋放到宇宙空間,經過13億年的漫長旅行,終于抵達了地球,被美國的“激光干涉引力波天文臺”(LIGO)的兩臺孿生引力波探測器探測到。

     

    人類首次直接探測到了引力波

     

    兩臺探測器記錄到的波形

    探測到的引力波信號初始頻率為35赫茲,接著迅速提升到了250赫茲,最后變得無序而消失,整個過程持續了僅四分之一秒。位于利文斯頓的探測器比位于漢福德的探測器早探測到7毫秒,這個時間差表明引力波是從南部天區傳來。

    什么是引力波?

    在物理學上,引力波是愛因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動,如同石頭丟進水里產生的波紋一樣,引力波被視為宇宙中的“時空漣漪”。通常引力波的產生非常困難,地球圍繞太陽以每秒30千米的速度前進,發出的引力波功率僅為200瓦,還不如家用電飯煲功率大。宇宙中大質量天體的加速、碰撞和合并等事件才可以形成強大的引力波,但能產生這種較強引力波的波源距離地球都十分遙遠,傳播到地球時變得非常微弱。

     

    人類首次直接探測到了引力波

     

    根據廣義相對論,該雙星系統會以引力波的形式損失能量,軌道周期每年縮短76.5微秒

    1974年物理學家約瑟夫·泰勒(Joseph Hooton Taylor, Jr)和拉塞爾·赫爾斯(Russell Alan Hulse)發現了一顆編號為PSR B1913+16的脈沖星,他們發現該脈沖星處于雙星系統中,其伴星也是一顆中子星。根據廣義相對論,該雙星系統會以引力波的形式損失能量,軌道周期每年縮短76.5微秒,軌道半長軸每年減少3.5米,預計大約經過3億年后發生合并。

    自1974年,泰勒和赫爾斯和對這個雙星系統的軌道進行了長時間的觀測,觀測值和廣義相對論預言的數值符合得非常好,這間接證明了引力波的存在。泰勒和赫爾斯也因這項工作于1993年榮獲諾貝爾物理學獎。

    共振型引力波探測器

     

    人類首次直接探測到了引力波

     

    韋伯教授在調試他的引力波探測器(1965年)

    上世紀60年代,馬里蘭大學的物理學家韋伯(Joseph Weber)首先提出了一種共振型引力波探測器。該探測器由多層鋁筒構成,直徑1米,長2米,質量約1000千克,用細絲懸掛起來。當引力波經過圓柱時,圓柱會發生共振,進而可以通過安裝在圓柱周圍的壓電傳感器檢測到。韋伯曾經在相距1000千米的兩個地方同時放置了相同的探測器,只有兩個探測器同時檢測到相同的信號才被記錄下來。1968年,韋伯宣稱他探測到了引力波,立刻引起了學界的轟動,但是后來的重復實驗都一無所獲。

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