這幾天“引力波”算是火了。這可以說(shuō)是人類歷史上第一次“看見”真正的引力波，嚯，這家伙。關(guān)于引力波，很多人估計(jì)還不太熟悉，下面9號(hào)小編帶你來(lái)詳細(xì)了解一下引力波吧！
新引力波發(fā)現(xiàn)
北京時(shí)間１６日晚２２時(shí)，包括我國(guó)在內(nèi)的多國(guó)科學(xué)家宣布，人類第一次直接探測(cè)到來(lái)自雙中子星合并的引力波，并同時(shí)“看到”由這一壯觀宇宙事件發(fā)出的電磁信號(hào)。
據(jù)科學(xué)家介紹，２０１７年８月１７日，美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)（ＬＩＧＯ）發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的引力波信號(hào)ＧＷ１７０８１７。這個(gè)信號(hào)是一個(gè)由雙中子星合并產(chǎn)生的引力波。全球約７０個(gè)地面及空間望遠(yuǎn)鏡從紅外、Ｘ光、紫外和射電波等多個(gè)波段開展后續(xù)觀測(cè)。這其中，也包括中國(guó)架設(shè)在昆侖站的南極巡天望遠(yuǎn)鏡ＡＳＴ３－２。
僅僅在ＬＩＧＯ觀測(cè)到引力波信號(hào)后的１．７秒，美國(guó)費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到名為ＧＲＢ１７０８１７Ａ的伽馬射線暴?！百M(fèi)米幾乎在同一時(shí)間觀測(cè)到伽馬射線暴，讓我們更加興奮，也更有緊迫感?！奔又堇砉W(xué)院ＬＩＧＯ數(shù)據(jù)分析小組負(fù)責(zé)人艾倫·溫斯坦教授回憶說(shuō)。
ＬＩＧＯ和費(fèi)米在遇到強(qiáng)信號(hào)時(shí)，會(huì)自動(dòng)向天文界發(fā)送警報(bào)。這是一場(chǎng)與時(shí)間的賽跑，世界范圍內(nèi)的望遠(yuǎn)鏡后續(xù)觀測(cè)隨即啟動(dòng)。大約１１個(gè)小時(shí)后，位于智利的斯沃普望遠(yuǎn)鏡率先觀測(cè)到此次信號(hào)的光學(xué)對(duì)應(yīng)物——位于一個(gè)叫ＮＧＣ４９９３星系的雙中子星系統(tǒng)。
基于ＡＳＴ３－２獨(dú)立收集到的數(shù)據(jù)，科研人員還計(jì)算出，此次兩顆致密中子星合并的過(guò)程共拋射出超過(guò)３０００倍地球質(zhì)量的物質(zhì)，這些物質(zhì)攜帶有巨大能量，拋射速度達(dá)到０．３倍光速。
引力波也被稱為“時(shí)空的漣漪”。１９１６年，愛因斯坦基于廣義相對(duì)論預(yù)言，劇烈的天體活動(dòng)會(huì)帶動(dòng)周圍的時(shí)空一起波動(dòng)，這就是引力波的由來(lái)。此后百年間，科學(xué)界一直在尋找引力波的存在。此前，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)４例由雙黑洞合并產(chǎn)生的引力波。
什么是引力波？
廣義相對(duì)論告訴我們：在非球?qū)ΨQ的物質(zhì)分布情況下，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，或物質(zhì)體系的質(zhì)量分布發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生引力波。在宇宙中，有時(shí)就會(huì)出現(xiàn)如致密星體碰撞并合這樣極其劇烈的天體物理過(guò)程。過(guò)程中的大質(zhì)量天體劇烈運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)著周圍的時(shí)空，扭曲時(shí)空的波動(dòng)也在這個(gè)過(guò)程中以光速向外傳播出去。因此引力波的本質(zhì)就是時(shí)空曲率的波動(dòng)，也可以唯美地稱之為時(shí)空的“漣漪”。
下面這個(gè)動(dòng)畫來(lái)自佛羅里達(dá)大學(xué)的S. Barke，顯示了兩個(gè)黑洞相互繞旋慢慢靠近最后并合的全過(guò)程。過(guò)程中黑洞周圍的時(shí)空被劇烈擾動(dòng)，最后以引力波的形式傳播出去。
引力波的強(qiáng)度由無(wú)量綱量h表示。其物理意義是引力波引起的時(shí)空畸變與平直時(shí)空度規(guī)之比。h又被稱為應(yīng)變，它的定義可以用下圖說(shuō)明。
引力波豎直穿過(guò)由靜止粒子組成的圓所在平面時(shí)，圓形狀發(fā)生的變化。
由上圖可見，在引力波穿過(guò)圓所在平面的時(shí)候，該圓會(huì)因?yàn)闀r(shí)空彎曲而發(fā)生畸變。圓內(nèi)空間將隨引力波的頻率會(huì)在一個(gè)方向上被拉伸，在與其垂直的方向相應(yīng)地被壓縮。為了便于解釋引力波的物理效應(yīng)，圖中所顯示的應(yīng)變h大約是0.5，這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于引力波的實(shí)際強(qiáng)度。哪怕是很強(qiáng)的天體物理引力波源所釋放的引力波強(qiáng)度，到達(dá)地球時(shí)也只有10-21。這個(gè)強(qiáng)度的引力波在整個(gè)地球這么大的尺度上產(chǎn)生的空間畸變不超過(guò)10-14米，剛好比質(zhì)子大10倍。
引力波的發(fā)現(xiàn)為何有這么大的波動(dòng)
為什么中子星引力波引起天文界震動(dòng)？專家們說(shuō)，主要原因有三個(gè)。
首先，這是人類第一次探測(cè)到雙中子星合并。ＬＩＧＯ項(xiàng)目組成員、美利堅(jiān)大學(xué)天體物理學(xué)家格雷戈里·哈里告訴記者，此前觀測(cè)到的引力波均來(lái)自黑洞。黑洞完全由扭曲時(shí)空構(gòu)成，本質(zhì)上沒(méi)有物質(zhì)，而中子星卻是一個(gè)切實(shí)星體，因此能深入了解核物質(zhì)的行為。
哈里說(shuō)，中子星引力波可以用來(lái)直接測(cè)量到源的距離，而相應(yīng)的電磁信號(hào)給出了速度，由此可用來(lái)校準(zhǔn)宇宙膨脹速度，即所謂哈勃常數(shù)，從而進(jìn)一步回答宇宙從哪里來(lái)、又往哪里去等重大問(wèn)題。
其次，這是人類第一次同時(shí)觀測(cè)到來(lái)自同一個(gè)天文事件的引力波和電磁波，使得確認(rèn)宿主星系成為可能。這一事件展示了引力波與電磁波等不同研究團(tuán)隊(duì)之間開展合作的重要性，也標(biāo)志著“多信使天文學(xué)”跨入新時(shí)代。
“我想說(shuō)的是，這是第一次我們既能‘看到’也能‘聽到’一個(gè)天文事件，這些不同的‘感官’體驗(yàn)將能給我們很多信息。”哈里說(shuō)，“引力波天文學(xué)才剛剛開始，隨著２１世紀(jì)向前發(fā)展，我們可以期待引力波觀測(cè)將為宇宙學(xué)、天文學(xué)、天體物理學(xué)、核物理學(xué)和引力學(xué)以及其他領(lǐng)域帶來(lái)更多見解?！?/p>
第三，地面紅外望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了中子俘獲過(guò)程，從而第一次提供確鑿證據(jù)證實(shí)了中子星合并就是宇宙金、鉑等超鐵元素的主要起源地。
南非夸祖魯－納塔爾大學(xué)的引力波研究專家馬寅哲在發(fā)給記者的一份電子郵件中開玩笑說(shuō)：“如果有人問(wèn)帶著金戒指的女性朋友，她的金戒指從哪兒來(lái)？她應(yīng)該說(shuō)，這是從銀河系中的合并中子星那里產(chǎn)生的。”
發(fā)現(xiàn)引力波意味著什么？
“愛因斯坦當(dāng)初認(rèn)為引力波太過(guò)微弱而無(wú)法探測(cè)，并且他從未相信過(guò)黑洞的存在。不過(guò)，我想他并不介意自己在這些問(wèn)題上弄錯(cuò)了?！薄R克斯普朗克引力物理研究所（阿爾伯特愛因斯坦研究所）所長(zhǎng)艾倫（Bruce Allen）
“通過(guò)這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，我們?nèi)祟愰_啟了一場(chǎng)波瀾壯闊的新旅程：一場(chǎng)對(duì)于探索宇宙那彎曲的一面（從彎曲時(shí)空而產(chǎn)生的事物和現(xiàn)象）的旅程。黑洞的碰撞和引力波的觀測(cè)正是這個(gè)旅程中第一個(gè)完美的范例。”——索恩(Kip Thorne)
“引力波的直接探測(cè)實(shí)現(xiàn)了50年前就設(shè)定好了的偉大目標(biāo)：直接探測(cè)難以捕捉的事物，更好地理解宇宙，以及，在愛因斯坦廣義相對(duì)論100周年之際完美地續(xù)寫愛因斯坦的傳奇?！?——加州理工學(xué)院，LIGO天文臺(tái)的執(zhí)行官萊茲（David H. Reitze）
“這項(xiàng)探測(cè)是一個(gè)是時(shí)代的開始：引力波天文學(xué)研究領(lǐng)域現(xiàn)在終于不再是紙上談兵?！薄狶SC發(fā)言人，路易斯安那州立大學(xué)物理與天文學(xué)教授岡薩雷斯(Gabriela González)
“在《星際穿越》和《三體》中，都不約而同地將引力波選為了未來(lái)科技發(fā)達(dá)的人類的通訊手段，這也許只能是美好的幻想，但對(duì)于天文研究而言，引力波的確開啟了一扇新的窗口。吹進(jìn)來(lái)的第一縷清風(fēng)，就帶來(lái)了一個(gè)重大的信息：極重的恒星級(jí)雙黑洞系統(tǒng)存在并可以在足夠短的時(shí)間（10億年）內(nèi)并合。這是讓我們始料未及的。誰(shuí)能知道在將來(lái)的更多的探測(cè)中，LIGO和一眾引力波探測(cè)器能帶給我們什么樣的驚喜呢？” ——馬克斯普朗克引力物理研究所、清華大學(xué)博士后，胡一鳴
“不少親朋好友問(wèn)過(guò)我，你在研究些什么。我都這么回答：我們?cè)谡伊硪环N光，一旦找到，意味著人類從此有了第六感，就像有了超能力，用一雙天眼飽覽神秘宇宙中無(wú)盡的奧妙。現(xiàn)在，我們，找到了！” ——馬克斯普朗克引力物理研究所博士生
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