引力波揭开超大黑洞形成之谜,黑洞助科学家“看见”引力波(5)

更新:2021-09-11

 

  天文学家宣称观测到了来自138亿年前宇宙创生大爆炸的原初“引力波”印记。这已被公认是科学史上的里程碑,但相关概念对于许多人来说仍然陌生。不要气馁,我们来帮你。下面是有关引力波的一些常见问题解答:

引力波揭开超大黑洞形成之谜,黑洞助科学家“看见”引力波(5)

  BICEP2的报告有何重大意义?

  科学家们将会花上若干年去剖析这个发现看能得到什么结论,但我们已经可以预见到了一些重大的可能:

  阿尔伯特·爱因斯坦在一百多年前预测了“引力波”,但他的计算结果显示出引力波极其微弱,以至于他认为这是几乎不可能被探测到的。尽管仍旧不算是对引力波的直接探测,BICEP2的发现却要数是证明其存在的最具有信服力的证据了。

  宇宙学的标准绘景有一个理论基石需要引力波来证实——这个基石叫“暴胀”理论,描述了宇宙在其创生早期曾经历过短暂的指数膨胀过程。

  暴胀期间宇宙的温度——亦即基本粒子所达到的能量尺度——比我们的任何实验室所能达到的都要高万亿倍以上,哪怕是瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织的大型强子对撞机也概莫能外。

  暴胀是一种量子行为,而引力波是经典物理的一部分,因此引力波在经典与量子图像之间搭建了一座桥梁。引力波还会成为第一个证据——证明引力也像其他自然界基本作用力一样具有量子性。

引力波是什么?

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  根据爱因斯坦的广义相对论,引力起源自质量对空间的扭曲:在任何有质量的物体附近,空间的织构都会受到扭曲。但这个扭曲并不总是呆在那物体附近。特别地,爱因斯坦意识到这种空间的弯曲形变可以在宇宙中传播,就像地震波在地壳里传播那样。然而它与地震波不同的地方在于它可以在空无一物的太虚中传播——并且还是以光的速度。

  假如有引力波在你眼前向你扑面而来,你会看到你前方的空间在上下或左右方向上时而被拉伸时而被压缩的效果。

  只有暴胀能产生引力波吗?

  不。任何有质量的物体的加速运动都会产生引力波。实际上我们有可能直接探测到的引力波只能是来自于天体大灾变事件,比如两个黑洞的碰撞融合。至今分布在世界各地的几个观测站都在努力寻找来自宇宙深处黑洞融合所产生的噪声。

  为什么只有通过射电望远镜才能看到引力波?

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  暴胀所导致的引力波至今仍在在宇宙各处回荡,但现在的它们已经老态龙钟十分虚弱,而难以被直接探测到。于是科学家们转而观察所谓的“宇宙微波背景辐射”,来追溯在宇宙创生380000年后,引力波在充斥全宇宙的基本粒子浓汤当中所留下的印记。通过射电望远镜可以观测到到微波背景辐射,因而要看到引力波所导致的宇宙涟漪就只能借助射电望远镜。

  为什么要在南极观测呢?

  BICEP2所寄居的Amundsen-Scott南极站坐落在南极冰盖上海拔2800米的地方,那里的大气非常稀薄。空气也十分干燥,所以没有过多的水蒸气阻挡无线电波。另外,南极洲几乎没人居住,从而避免了来自手机通讯、电视广播以及其他日常电子产品的电波干扰

霍金:引力波理论意义超上帝粒子

  据国外媒体报道,斯蒂芬·霍金的黑洞与宇宙起源理论为我们开启了探索时空之谜的渠道,现在这位科学家正在研究引力波理论,试图将其纳入新的理论体系中,并且认为如果引力波理论被成功突破,其意义绝不亚于希格斯玻色子(“上帝粒子”)的发现。

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