世纪大发现 | 科学家探测重力波 | 证实爱恩斯坦理论

科学家首次探测到宇宙间有重力波的存在,成为物理学界的重要里程碑,同时亦引证爱因斯坦在100年前的广义相对论之中,有关重力波存在的预言。

Einstein's gravitational waves directly observed for the first time by LIGO scientists

Einstein's gravitational waves directly observed for the first time by LIGO scientists Source: AAP

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科学家首次探测到宇宙间有重力波的存在,成为物理学界的重要里程碑,同时亦引证爱因斯坦在100年前的广义相对论之中,有关重力波存在的预言。

研究人员说,他们检测到两个大约相等於太阳体积30倍的黑洞,在距离地球13亿光年的位置碰撞後所产生的重力波。

美国加州理工学院丶麻省理工学院丶以及激光干涉重力波天文台组织的研究人员,召开记者会,宣布探测到重力波的存在,研究人员指,去年九月十四日探测到两个黑洞碰撞合并时,产生的重力波信号。

激光干涉重力波天文台组织总监雷兹说,该发现令人类对宇宙的认识,开拓一个新纪元。

雷兹说,真正令人兴奋的是下一步的发展。伽利略於400年前利用望远镜研究天空,打开了现代人观测天文的时代。而今天科学家亦打开宇宙的一个视窗,就是重力波天文学的视窗。

有关重力波的原理

天才科学家爱因斯坦,在100年前所写的广义相对论中,曾预言重力波的存在,但认为人类未必有机会证实。

美国加州理工学院丶麻省理工学院以及「激光干涉重力波天文台组织」,简称LIGO的研究人员,成功探测到重力波的存在。

除了证实爱因斯坦一百年前的理论成立之外,更为科学家在未来继续研究宇宙奥秘,建立新纪元。

研究人员指,他们於去年的九月十四日观察离地球十三亿光年以外的黑洞碰撞与合并过程时,成功探测到在两个黑洞碰撞时,所产生的重力波信号。

广义相对论指出,黑洞与中子星等天体,在碰撞过程中,天体周围的时空会被扭曲,并产生波纹,原理有点像物件在接触水面时产生涟漪一样。

而重力波的形态,是一种时空的涟漪。

由於波动实际发生的空间,比原子的质量更细小,所以爱因斯坦当时就认为,人类未必能观察得到。

研究人员发现重力波会释放能量,估计其中一个黑洞,相当於三十六个太阳的质量,而另一个黑洞则等同於二十九个太阳的质量,而两个黑洞碰撞及合并後,总质量则等如六十二个太阳的质量,换句话说,合并後减少了约三个太阳的质量,质量在合并过程中以重力波形式释放。

技术详解

今次研究人员所用的探测技术,并非新突破,他们源用自十九世纪(1880年代)经己使用激光干涉仪(Laser Interferometry)技术,并加以改良。

他们分别在华盛顿州与路易斯安那州,相隔三千公里距离,放置两支一式一样的激光探测仪,并透过分别发放两道一样的激光,而在正常情况下,两道相同的光波会互相抵消。不过,如果探测仪感应到有重力波产生,就会用不断微调的方式,去改变两道激光的波长,而科学家透过计算这些差微的变化,得出重力波读数。

这种技术使科学家可以非常精确探测到极微小的波纹信号。

重要性等同伽利略首用望远镜研究天空

激光干涉重力波天文台组织总监雷兹指,发现为人类对宇宙的认识开拓一个新纪元:「伽利略於400年前利用望远镜研究天空,打开了现代人观测天文的时代。而今日科学家亦打开宇宙一个视窗,就是重力波天文学的视窗。」

在今次发现前,科学家对宇宙认识,主要来自包括光学丶无线电丶X光等望远镜,透过天文物体所反映的光线对物体进行观察。

由於光线会被宇宙气体和尘埃吸收和打散,虽然望远镜经已接受到很多资讯,但所见到的物体影象仍然模糊不清。

气体和尘埃对重力波只有很少的阻碍,所以就可以更清楚将天文物体的更多资讯提供给科学家研究。

除了黑洞碰撞与合并的情况,包括超新星内的变化丶伽玛射线爆发等情况,科学家都会得到更清楚的资讯,让人类可以更加清晰掌握宇宙蓝图。



 


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