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清华大学团队对“捕获”引力波作出贡献
2016-02-26 15:49    来源:未知

  美国路易斯安那州的激光干涉引力波天文台。新华社发

  《星际穿越》中的情景原来真的存在,利用引力波,不同维度的时空可以相互传递信息。当地时间2月11日,加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台(LIGO)”的研究人员在华盛顿宣布探测到引力波。预言百年,苦寻几十年,这是人类首次直接探测到引力波,也成为爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失“拼图”。

  引力波来自两黑洞碰撞

  据了解,引力波如一种时空涟漪,类似石头被丢进水里产生的波纹。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中均产生引力波。此次研究人员直接探测到的引力波,就是来自于两个黑洞的碰撞。

  去年9月14日,研究人员利用LIGO探测器探测到两个黑洞合并的引力波,也是首个位于地球之外13亿光年的引力波源GW150914。据研究人员估计,两个黑洞的质量分别相当于36个与29个太阳质量,合并后的总质量为62个太阳质量。也就是说,合并过程中,有3个太阳质量的能量以引力波的形式释放。

  清华大学团队作出贡献

  清华大学昨日表示,作为中国大陆唯一LIGO科学合作组织成员,清华大学研究团队作出贡献。

  2009年LSC(LIGO科学合作组织)接受清华大学为正式成员。据了解,研究团队着重采用先进计算技术提高引力波数据分析的速度和效率,参与了LSC引力波暴和数据分析软件等工作组相关研究。

  华中科技大学物理学院教授、精密物理量测量教育部重点实验室主任叶贤基表示,目前国内做引力波理论研究的比较多,做相关实验的研究团队比较少。这次发现相信会对国内引力波研究有很大的推动,相信更多的科学家会加入到实验的队伍当中。

  释疑

  引力波是如何被探测到的?

  在爱因斯坦预言引力波百年后,这是人类首次直接探测到引力波。根据爱因斯坦计算,引力波强度微弱,探测困难,但研究人员从未停止寻找。

  据了解,此次探测,研究人员分别在美国两州之间设置两个间隔数千公里的探测器,呈L形排列。加上两个天文台使用完全相同的设备,研究人员认为两者数据可以彼此验证,排除偶然因素。

  L形排列的测量臂长度为4公里,并垂直排列,两端各有反射镜面。研究人员表示,激光可在测量发射臂上来回反射,如果干涉条纹发生变化,可直接探测引力波存在。

  2015年9月14日抵达地球的引力波信号,就是被刚改造升级的LIGO的两个探测器,以7毫秒的时间差先后捕捉到。

  探测到引力波意味着什么?

  叶贤基表示,此次发现开启了引力波天文学的时代。以前天文学只能借由电磁波进行观测,但很多物质靠电磁波观测是看不到的。现在测到引力波之后,可以借由引力波观测天体,比如黑洞、暗物质等,研究宇宙早期的结构和演化。

  此外,它开启了另外一扇窗,以前科学家只能用电磁波观测的天体,比如以前对黑洞的观测非常有限,而现在可以看到黑洞合并的过程,黑洞对整个宇宙的结构和演化扮演非常重要的角色。

  背景

  引力波宇宙中的“时空涟漪”

  爱因斯坦发表于1915年的广义相对论,与此次发现的引力波有什么关联?

  爱因斯坦将时空视为一种可以变形的介质,其广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动。广义相对论认为,在非球对称的物质分布情况下,物质运动,或物质体系的质量分布发生变化时,会产生引力波。引力波常被比做石头丢进水中产生的波纹,如同宇宙中的“时空涟漪”。

  在宇宙中,有时就会出现如致密星体碰撞并合这样极其剧烈的天体物理过程。过程中的大质量天体剧烈运动扰动着周围的时空,扭曲时空的引力波也在这个过程中以光速向外传播出去。

  对话

  “从此可用这种新手段探索宇宙”

  德国马克斯-普朗克引力物理研究所、清华大学博士后胡一鸣,作为LIGO科学合作组织成员,参与了此次引力波的探测。昨日,仍在德国进行研究工作的胡一鸣在接受新京报记者采访时表示,引力波的成功探测,意味着人类拥有了新的手段去探索宇宙。

  新京报:参与探测引力波项目的感受如何?

  胡一鸣:能够见证历史,并参与到其中,我感到非常荣幸。

  新京报:LIGO科学合作组织的此次探测,都经过了哪些考验?

  胡一鸣:LIGO科学合作组织为了这次探测,从材料、镀膜、隔震、激光、真空,再到超级计算机、数值相对论、快速信号处理、数据分析、快速空间定位、参数估计,每一步都包含了科研人员的辛勤与付出。

  新京报:为何引力波信号被探测到半年才得到确认,中间经过了哪些过程?

  胡一鸣:去年9月14日引力波信号到达后3分钟,就被程序发现,但是因为那个时候还没有正式开始观测,等大家回过神来发现这次探测时,已经是半小时以后了。尽管如此,我们内部恪守规则,在没有万分的把握之前,严禁任何成员向任何组织外的个人透露消息。

  LIGO科学合作组织非常的严谨。只有当你握有强有力的证据,你才可以做出超出常人想象的论断。此次我们所公布的每一句话,每一个数字,背后都是大量的讨论以及反复的计算和确认。可以说是两句三年得,一吟双泪流。

  新京报:成功探测引力波后,未来的研究方向是什么?

  胡一鸣:引力波的成功探测,意味着一个世纪的努力到达终点,更意味着一个新的研究领域的诞生。我们从此可以用这种新的手段探索宇宙,用前所未有的方式理解以前无法很清楚地理解的现象,比如超新星爆发具体过程、中子星内部结构等。这些对传统的电磁波天文学来说极具挑战的课题,有望通过引力波的研究变得触手可及。

  不过就引力理论,和时空的理解方面,此次探测与爱因斯坦一个世纪前所创立的广义相对论高度吻合,所以很难从这次探测带来太多关于时空本质的深层次的突破。但我们也不能排除这种可能性:在未来的某一天,我们探测到了更为极端的引力波信号,在极端的物理条件下,广义相对论有可能会出现与观测事实的偏差,到那时,出现一个颠覆性的理论,革新人类对时空的理解,也未可知。(新京报)

(责任编辑: admin )

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