科學(xué)家再探測(cè)到14億光年外引力波信號(hào) 引力波發(fā)現(xiàn)的意義　就像100多年前發(fā)現(xiàn)電磁波

北京時(shí)間16日凌晨，美國(guó)和歐洲的兩個(gè)引力波探測(cè)項(xiàng)目的研究人員在美國(guó)加利福尼亞州圣迭戈宣布，他們“非常清晰”地再次探測(cè)到“時(shí)空漣漪”——引力波的存在。探測(cè)項(xiàng)目組說(shuō)，此次探測(cè)到引力波的時(shí)間是去年12月25日22時(shí)38分53秒（北京時(shí)間26日11時(shí)38分53秒）。之所以探測(cè)到引力波信號(hào)與宣布發(fā)現(xiàn)之間隔了一段時(shí)間，是因?yàn)榭茖W(xué)家還要分析和確認(rèn)相關(guān)數(shù)據(jù)。

這次事件被稱為“愛因斯坦的圣誕節(jié)禮物”

引力波是一種時(shí)空漣漪，如同石頭被丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋一樣。黑洞、中子星等天體在碰撞過(guò)程中有可能產(chǎn)生引力波。一百年前愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在，但缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

根據(jù)報(bào)道，科學(xué)家探測(cè)到來(lái)自兩個(gè)黑洞合并而產(chǎn)生的引力波信號(hào)。這兩個(gè)黑洞位于距地球14億光年外，在合并前的質(zhì)量分別相當(dāng)于大約8個(gè)和14個(gè)太陽(yáng)，合并后的總質(zhì)量相當(dāng)于約21個(gè)太陽(yáng)，其中約1個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量變成能量，在合并過(guò)程中以引力波的形式釋放。

由于探測(cè)到這個(gè)引力波信號(hào)時(shí)正值美國(guó)圣誕節(jié)的夜晚，加上引力波曾被愛因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言存在，這個(gè)代號(hào)為GW151226的引力波事件也被科學(xué)家稱為“愛因斯坦的圣誕節(jié)禮物”。

可能繼續(xù)探測(cè)到其他天體碰撞出的引力波

據(jù)悉，去年第一次探測(cè)到的引力波來(lái)自于另外兩個(gè)黑洞合并，但這兩個(gè)黑洞合并前的質(zhì)量更大，分別相當(dāng)于約36個(gè)與29個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，合并后的總質(zhì)量相當(dāng)于約62個(gè)太陽(yáng)，相當(dāng)于3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的能量在合并過(guò)程中以引力波的形式釋放。

科學(xué)家認(rèn)為，兩次明確探測(cè)到引力波信號(hào)表明，引力波并非偶然事件，未來(lái)將有可能繼續(xù)探測(cè)到中子星等其他天體在碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的引力波。

美國(guó)“激光干涉引力波天文臺(tái)”（LIGO）項(xiàng)目組發(fā)言人、路易斯安那州立大學(xué)物理學(xué)家加布里埃拉·岡薩雷斯表示，引力波天文學(xué)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。

果殼網(wǎng)昨日一篇文章中提及，就此次公布的第二次引力波事件，中國(guó)科學(xué)院粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、著名天體物理學(xué)家張雙南博士表示，“如果這次的引力波事件的確來(lái)自于兩個(gè)10倍左右太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞并合，那么說(shuō)明今后這種高頻引力波探測(cè)的事件率將會(huì)比較高。10倍左右太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞在銀河系及附近的星系內(nèi)很常見，這樣的引力波事件距離我們更近，有利于對(duì)其電磁波對(duì)應(yīng)體的搜尋，因此對(duì)引力波事件的電磁波對(duì)應(yīng)體的搜尋將成為天文學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)。無(wú)論能否找到雙黑洞合并的電磁波對(duì)應(yīng)體，都會(huì)對(duì)雙黑洞的形成和演化機(jī)制作出強(qiáng)烈的限制。一旦通過(guò)電磁波精確測(cè)量到了引力波事件發(fā)生地的紅移，就能夠作為新的天文學(xué)距離測(cè)量手段，研究宇宙的膨脹。這對(duì)于恒星演化、黑洞形成，以及宇宙演化等研究，都將具有劃時(shí)代的意義。”

探測(cè)引力波，要一把不隨時(shí)空拉伸的尺子

如果引力波把我們的空間拉伸或壓縮，我們能直接發(fā)現(xiàn)變化嗎？結(jié)論是不能，因?yàn)橐Σ▽?dǎo)致的整個(gè)時(shí)空扭曲，可以看作類似等比放大，就如同尺子也被拉長(zhǎng)一樣。例如在橡膠膜上做上標(biāo)記，利用間隔相等的石塊來(lái)作為標(biāo)尺，當(dāng)引力波來(lái)時(shí)，這些標(biāo)記也會(huì)被拉伸開來(lái)，無(wú)法分辨是否變長(zhǎng)或短。

那么是否有把尺子，不會(huì)隨時(shí)空拉伸變化呢？那就是光速，人們利用光速來(lái)測(cè)量空間的舉例，如果兩個(gè)點(diǎn)之間的空間被拉伸了，那么光通過(guò)這個(gè)距離就要花更長(zhǎng)的時(shí)間，如果空間被壓縮了，通過(guò)這兩點(diǎn)將需要更短的時(shí)間。

引力波發(fā)現(xiàn)有多難？　像區(qū)分1021米的棍子縮短了5毫米

在激光干涉引力波天文臺(tái)實(shí)驗(yàn)室有著幾個(gè)4公里長(zhǎng)的管道，它利用激光來(lái)測(cè)量管道兩端距離的變化，當(dāng)一個(gè)引力波通過(guò)的時(shí)候，它會(huì)在一個(gè)方向拉伸空間，在另外一個(gè)方向壓縮空間?？茖W(xué)家通過(guò)測(cè)量激光的干涉條紋，來(lái)探測(cè)引力波。

如今，物理學(xué)家能夠非常精確地測(cè)量空間是否已經(jīng)被壓縮或者拉伸，而且精度非常驚人，想探測(cè)到引力波，需要能夠區(qū)分十分微小變化，就像發(fā)現(xiàn)一個(gè)1021米的棍子縮短了5毫米。

而且，由于引力波的效應(yīng)非常小，很容易和隨機(jī)噪聲混淆起來(lái)，科學(xué)家們想探測(cè)到它，就首先要確認(rèn)引力波的產(chǎn)生模式，然后利用數(shù)據(jù)分析，通過(guò)比較試驗(yàn)測(cè)量所得的波形和他們理論所期望的波形來(lái)尋找，類似在非常非常嘈雜的聚會(huì)上識(shí)別一首歌一樣。

引力波發(fā)現(xiàn)有什么意義？　就像100多年前發(fā)現(xiàn)電磁波

引力波被直接探測(cè)到，人類能夠通過(guò)一種全新的方式探索宇宙、研究宇宙。當(dāng)我們有了新的觀察宇宙的方式，我們可以尋找我們之前不知道的新事物，查看物理知識(shí)的邊緣，檢驗(yàn)我們有關(guān)宇宙如何運(yùn)轉(zhuǎn)的理論知識(shí)。

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?？茖W(xué)家表示，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。此次發(fā)現(xiàn)引力波可以與100多年前發(fā)現(xiàn)電磁波的事件相提并論。很明顯，電磁波已經(jīng)改變了我們?nèi)祟惿鐣?huì)的面貌，從手機(jī)信號(hào)到微波爐，從WIFI到GPS，電磁波帶來(lái)了人類文明的曙光。引力波是唯一可以在高維時(shí)空中傳遞的波，這點(diǎn)與電磁波完全不同，對(duì)引力波的深入研究可以帶給我們對(duì)大尺度時(shí)空結(jié)構(gòu)信息的全面深入了解。