2016年2月11日 星期四

天啊!科學家們證實了重力波的存在

Holy Shit! Scientists Have Confirmed the Existence of Gravitational Waves

By Maddie Stone

Gravitational Waves Explained
What the heck are gravitational waves? Here's a short video explanation.
Gizmodo 貼上了 2016年2月11日


自從愛因斯坦在一世紀前第一次預測它的存在起,物理學家們一直在捕捉那漣漪於時空結構中的重力波。追捕已經結束了,重力波是存在的,我們已經找到了它們。

這根據來自雷射干涉儀重力波天文台(LIGO)的研究人員,他們已經守了好幾個星期,日以繼夜地工作,以確認第一次直接探測重力波是貨真價實的。由於之前曾經發現過假信號,所以即使先前Gizmodo報導的傳聞已經飛了一個月,LIGO團隊仍想在正式公佈之前完全確定。

這發表在剛剛誕生。通過位於Livingston, Louisiana和Hanford, Washington的兩個LIGO探測器,重力波在2015年9月14日5:51am ET被觀察到。 源自於一個130億年前的發生超大質量黑洞碰撞,發生時大約有三倍太陽的質量在幾秒內轉化為能量。

這一發現已被允許為Physical Review Letters發表。

重力波是宇宙中的漣漪,源於一些能量極大的宇宙事件,從恆星爆炸到超大質量黑洞合併。當重力波透過空間和時間傳播,它們會在組成物質的原子中造成震顫。雖然愛因斯坦1916年於他的廣義相對論中預言了它,以及1980年代間接證明了它的存在,卻一直到2002年LIGO探測器啟用,人們才開始認真追捕那難以捉摸的時空漣漪。

R. Hurt, Caltech / JPL

但是,進行了八年的第一代LIGO實驗不夠靈敏。這是可以理解的,因為重力波非常微小—當兩個黑洞在遙遠的星系撞在一起,距離的量級是原子直徑的幾十億倍的幾十億倍,此時穿過我們世界的只有原子的抖動。 LIGO使用高功率雷射代理,來檢測及測量相差十萬八千里的兩個物體之間距離的微小變化。有數百萬種事物會搞砸這方法,包括隆隆的貨運列車、地球的震顫,以及一個不方便的現實—溫度在絕對零度以上的所有物體任何時間都在振動。

從2010至2015年持續了一系列的升級後,LIGO在去年秋天重新啟用。憑藉更強力的雷射和改進後用於將實驗從地面振動隔離的系統,能夠第一次檢測到重力波的前景看起來非常好。一些科學家甚至預言,我們在2016年就會有第一個肯定發現—但幾乎沒人能知道它究竟會多快到來。

事實上,LIGO幾乎立刻就看到了重力波。研究小組隨後花了整個秋天在詳盡調查工具和環境的潛在干擾,以確認信號是真實的。

根據愛因斯坦的理論,當一對黑洞互相繞對方運轉時,他們緩慢地失去能量,導致他們逐漸接近。在他們合併的最後幾分鐘,他們加快非常多,直到最後約以一半的光速在移動,然後他們撞在一起,形成一個更大的黑洞。突發的巨大能量遭到釋放,而能量透過空間的重力波傳播。

在一切喧嘩背後的兩個黑洞分別是太陽質量的29和36倍。LIGO研究人員估計,在他們行宇宙碰撞的高峰期時,輸出的功率是整個可見宇宙的50倍。

「這個觀察的描述被優美地描述在愛因斯坦100年前定的廣義相對論中,並包含強大重力理論的第一次測試,」1980年代首先提出以LIGO作為檢測重力波方式的Rainer Weiss說。 「如果我們能當面告訴愛因斯坦這件事,那就真的太棒了。」

重力波的發現在幾個星期前就已經是公開的秘密。科學家們的興奮在很多場合已經無法隱藏,包括上週,加拿大漢密爾頓麥克馬斯特大學(McMaster University in Hamilton, Canada)的理論物理學家Clifford Burgess發送電子郵件到他的整個部門,告訴他們LIGO發現了一個真實、「壯觀」的兩個大黑洞合併的信號。

現在,封口令已經解除,物理學家終於可以暢所欲言。今天請關注社交媒體,應該會有一場騷動。

重力波的發現證實了相對論的一個重要觀點,但它遠不止於此。我們可以完全不誇張地說,它為我們的宇宙開闢了一個新的篇章,電磁輻射已不再是我們「看」宇宙的唯一工具。麻省理工學院的天文物理學家Scott Hughes在接受電話採訪時告訴Gizmodo,我們可以用重力波探測如黑洞和中子星這些通常沒有光的神秘天體。

「重力波中隱藏了豐富的信息,」他說,沒有任何一個時空波紋的形狀能告訴我們產生它的物體的大小和運動。 「作為一個天文學家,我試著去思考如何從LIGO量出的『聲音』出發,找出產生這個波形的參數。」

Hughes還指出,一旦我們的探測器靈敏到能夠定期捕捉重力波,我們就可以開始建立宇宙中能量極大事件的普查。 「其實得到一些統計數據是我們希望能夠在檢測的年代做的主要事情之一,」他說。

「每當第一次的檢測出現,毫無疑問地會有一場派對,」他繼續說。 「但在那之後,當檢測成為例行公事時,事情就開始要變得非常有趣了。」

一世紀之久的追捕終於完結。但是,對一個新宇宙的探索才剛剛開始。

來源:http://gizmodo.com/holy-shit-scientists-have-confirmed-the-existence-of-g-1755465297?utm_campaign=socialflow_lifehacker_facebook&utm_source=lifehacker_facebook&utm_medium=socialflow