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引力波真的存在嗎?

  • 發佈時間:2016-01-22 02:31:30  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  ■將新聞進行到底

  近日,一條關於神秘引力波被發現的傳言正在迅速擴散。美國亞利桑那州立大學物理學家勞倫斯·克勞斯在社交網站推特上發佈消息稱自己收到可靠證據,美國鐳射干擾引力波觀測站(LIGO)已成功偵測引力波。媒體廣泛跟進了這一消息,並稱LIGO研究團隊正收集數據撰寫報告。若傳聞屬實,廣義相對論最重要的一項預測將得以證實,讓人類進一步揭開宇宙奧秘。

  自愛因斯坦在廣義相對論中預言了引力波的存在後,無數科學家日夜尋找,就是沒有找到。為此美國在列文斯頓和漢福德建造了兩個巨大的引力波探測器,如今十多年過去了,仍然沒有發現。這使得引力波是否真的存在成為了一個縈繞在人們心中的未解之謎。

  引力波為什麼這麼難找到?

  引力波英文為gravity wave,也稱為重力波。根據愛因斯坦的廣義相對論,引力起源於品質對空間的扭曲:物質在時空中運動時,附近曲率會隨之改變;如果大品質物體運動,例如兩個黑洞碰撞,所産生的曲率變化會像波一樣向外傳播,導致時空壓縮、伸展,這個現象就是引力波。簡單地説,引力波是巨大物體靠近時在宇宙中産生的一種特殊的“時空漣漪”,可以將其想像成在時空中的微小起伏。隨著引力波的傳播,它將拉伸或擠壓物體,但這些形變僅僅有亞原子量級(比原子更小的粒子、比原子更微觀的物質層次)。因為微小,所以觀測起來非常不易。

  具備物理學常識的人都知道萬有引力無處不在,但是為何引力波卻難以探測呢?這是因為萬有引力實在太微弱了,只有當品質達到如太陽、地球、月亮這樣的數量級,人們才能感覺到其存在,而重力波相比萬有引力更加微弱,傳到地球時已幾乎消失,加上電訊干擾來源眾多,要想在當中找出引力波的蹤影,猶如大海撈針。就連愛因斯坦當年也認為,引力波應該是有,但要偵測到它恐怕是難之又難。

   尋找引力波鬧過哪些烏龍?

  自愛因斯坦預言引力波的存在以來,無數科學家和科研機構前仆後繼地研究和觀測引力波,通過各種科學實驗設法捕捉引力波的蹤跡。迄今為止,曾有不少科學家和科研機構宣佈檢測到了引力波,但最終都被證明是空歡喜一場。

  最近一次的轟動消息發生在2014年。2014年3月,美國航空航太局(NASA)的科學家們通過位於南極(選擇這裡是因為可以避免來自手機通訊、電視廣播以及其他日常電子産品的電波干擾)的BICEP2(Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization,宇宙銀河系外偏振背景圖像)望遠鏡觀測到了引力波的相關信號,這是人類首次探測到了在宇宙誕生之初的暴漲期中,證明引力波存在的直接證據。

  消息一傳出,全世界都沸騰了,此發現被譽為是本世紀最具突破性的發現,幾乎被“認定”能夠獲得下一個諾貝爾獎,但科學家們後來發現NASA觀測結果顯著只不過是因為有其他效應未排除,證實了這只是一場空歡喜,因為這些信號僅僅是宇宙中的星際塵埃而已。

  早在1968年,美國物理學家Joseph Weber便聲稱自己使用由一些巨大鋁氣瓶組成的神秘探測器檢測到了引力波,但隨後這被證明是錯誤的。

  尋找引力波真的一無所獲?

  雖然在探索引力波的道路上,科學家們曾鬧出過一些烏龍,但也並非一無所獲。迄今為止,業內普遍認同的一次階段性的成果發生在1974年。

  1974年,物理學家Hulse和Taylor花了幾個月時間跟蹤一個脈衝星(編號PSR 1913+16)發出的脈衝信號。他們發現這顆脈衝星與另一顆看不見的中子星一起圍繞著空間一點轉動。根據脈衝信號,他們計算了兩個天體的品質、旋轉軌道和它們的相對運動軌道,發現脈衝星的軌道週期(只有短短的7.75小時)隨著時間在衰減,而且其衰減方式在某種程度上與引力波輻射一致。天文學家認為,這顆脈衝星損失的軌道能量正是以引力波的形式傳遞出去的,從而間接證明了引力波的存在。

  雖然沒有直接證據能夠證明引力波的存在。但大多數業內人士認為,引力波是存在的,只是我們受各種局限未能檢測到而已。

  美國《科學》雜誌就曾預測,2016年有三大領域值得關注,其中之一就是引力波探測,並指出一些剛升級的探測器也許很快就能讓物理學家一睹引力波的真面目。

  一位物理學專家向記者表示,儘管這次克勞斯教授被很多人批評為造謠、嘩眾取寵,但他還是願意相信引力波的檢測已經走在取得突破性進展的路上。他樂觀地表示,如果科學家們能直接檢測到引力波,將為很多學者打開一扇驗證愛因斯坦廣義相對論是否正確的大門。同時,引力波方面的研究還將為人們對星星、銀河系和黑洞的認知提供前所未有的新視角。

  ■延伸閱讀

  宇宙的那些未解之謎

  人類對於宇宙的探索一直都未曾停止過,宇宙中是否有其他生命?UFO傳説是否屬實?隨著科學家對宇宙研究的進一步深入,越來越多的謎題也開始呈現在我們眼前。

   星系從何而來?

  直到近日,科學家才得到關於恒星和行星是怎麼形成的有力證據。不過,科學界還有著一個巨大的未解之謎,那就是星系到底從何而來?目前我們所知道的是:星系不是錯落雜亂地分佈在太空中,而是呈現集群存在。

  關於星系的形成原因,科學家們分成了兩個陣營。一部分科學家認為星系是宇宙大爆炸中釋放出的氣體聚集在一起形成的;另外一部分則認為宇宙大爆炸中釋放出的氣體變成了恒星和行星,它們在引力的作用下慢慢聚攏在相互的作用下形成了星系。但這兩種理論都還沒有被普遍接受。

  有另外的宇宙嗎?

  這是個一直頗受爭議性的問題。雖然現代科學已經證實了宇宙是多維度的。但是關於宇宙之外究竟是什麼樣?目前大多數人普遍承認的是膜宇宙理論,也就是説我們存在於一個宇宙膜之內,膜外也有著屬於自己的世界。

  也有觀點認為,存在無窮多個宇宙,每一個宇宙都有它的運作規律,至於事實到底怎樣?這個謎也許只有等若干年後我們能夠親自去到另一個宇宙才能揭曉,但隨著宇宙是不斷膨脹的,這個答案或許很難知曉了。

  暗物質是什麼?

  根據愛因斯坦的公式“E=MC2”,我們可以得出宇宙中只有4%的物質。那麼宇宙中的其他物質到哪去了?科學家的解釋是它們以暗物質的形式存在著。有人猜測暗物質是中性微子,有人指出暗物質是弱相互作用大品質粒子,還有人認為暗物質是惰性中微子……暗物質的性質和成分究竟是什麼迄今還是天體物理領域的一個難解謎團。

  暗能量如何作用?

  暗能量是宇宙中最神秘的事物之一,科學家認為暗能量與宇宙加速膨脹有關,能夠解釋遙遠的星系、星系團為什麼會距離我們越來越遠。數學計算表明,暗能量佔據了我們宇宙74%的質能,抵消了星系間大品質物質形成的強大引力,使宇宙加速向外膨脹。但是目前我們還沒有確鑿的證據來解釋暗能量的作用。

  白洞是否真的存在?

  愛因斯坦用數學證明了黑洞的存在。隨著技術的進步,目前人類也已經找到了幾個黑洞,不過讓人沒想到的是,愛因斯坦的方程式竟然還能證明白洞的存在。

  與黑洞不一樣,白洞主動向外部釋放物質和能量,是時間呈現反轉的黑洞。黑洞吞噬吸收的物質,最終會在白洞的釋放下出現在另外一個宇宙,它們是相通的。不過這只是理論,事實到底如何,還有待科學家考究。

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