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發現引力波!媲美伽利略的重大成就

文山/張筠青(德新社、美聯社、法新社)2016年2月11日

整整100年前,愛因斯坦發表了廣義相對論,並據此預言引力波的存在。一個世紀後的本周四,美國科學家宣佈,他們直接探測到了引力波,由此補上了廣義相對論實驗驗證中的最後一塊拼圖。

Deutschland Max-Planck-Institut Gravitationswellen
圖片來源: S. Ossokine/A. Buonanno/Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik/W. Benger/Airborne Hydro Mapping GmbH/dpa"

(德國之聲中文網)美國加州理工學院、麻省理工學院以及LIGO探測器的天體物理學家周四在華盛頓共同展示了他們的研究成果。憑借LIGO(雷射干涉引力波探測器),研究團隊捕捉到了兩個黑洞合並時的引力波訊號。麻省理工大學物理學家懷斯教授(Rainer Weiss)是LIGO項目的發起人之一,他在周四的新聞發布會上表示,通過建造一款新型望遠鏡,"我們開創了一片全新的領域。"美國國家科學基金會(NSF)主任、天體物理學家柯爾多瓦(France A. Córdova)更是將這一研究成果與400年前的伽利略首次用望遠鏡觀測夜空相提並論。

LIGO項目也是人類歷史上首次對黑洞進行直接觀測。德國馬普研究院引力物理研究所(MPG)主任波南諾(Alessandra Buonanno)指出,這意味著宇宙學研究有了一種全新的手段,將為物理學以及天文學開創新紀元。該研究所也參與了此次LIGO探測引力波的科研項目。

美國科學家宣佈直接探測到了引力波圖片來源: Courtesy Caltech/MIT/LIGO Laboratory

"消失了三個太陽"

根據廣義相對論,物體在碰撞或加速過程中能產生引力波。當物質的分佈發生改變時,時空也會相應地變化。就好像在平靜的水面上投下一枚小石子後,會產生一圈向外傳播的波浪;時空的彎曲也會像漣漪一樣向外傳播,這一 "漣漪"就是引力波。

按照廣義相對論的推導,物體的品質越大,所能產生的引力波也越強。然而,愛因斯坦自己計算後發現,引力波的強度應該非常微弱;他本人甚至不認為引力波的強度足以被觀測。

幾十年來,物理學家一直在嘗試捕捉到引力波存在的直接證據。MPG研究所副主任阿倫(Bruce Allen)介紹說,研究團隊這一次觀測了兩個黑洞合並前的最後四圈運行,取得了大量數據。隨後的分析顯示,兩個黑洞的品質分別相當於29個以及36個太陽;而合並後的新黑洞,其品質卻只相當於62個太陽。根據愛因斯坦的質能方程(E=mc²),此處消失的三個太陽品質轉化成了引力波的形式。

廣義相對論的其他幾項預言--例如光線或電磁波的彎曲、水星近日點進動、引力紅移效應此前都已經被證實。而此次捕捉到引力波直接存在的證據,可以說是補上了廣義相對論實驗驗證的最後一塊拼圖。

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