美國科學家宣布探測到引力波存在

    美國科學家11日宣布，他們探測到引力波的存在。引力波是愛因斯坦廣義相對論實驗驗證中最後一塊缺失的“拼圖”。

　　美國加州理工學院、麻省理工學院以及“激光幹涉引力波天文臺(LIGO)”的研究人員當天在華盛頓舉行記者會，宣布他們利用LIGO探測器于2015年9月14日探測到來自于兩個黑洞合並的引力波信號。

　　據他們估計，這兩個黑洞合並前的質量分別相當于36個與29個太陽質量，合並後的總質量是62個太陽質量，其中相當于3個太陽質量的能量在合並過程中以引力波的形式釋放。

　　LIGO探測器是美國分別在路易斯安那州利文斯頓市與華盛頓州小城漢福德市建造的兩個引力波探測器，不久前完成了改造升級，其探測靈敏度相比2010年提高了約10倍。

　　引力波是一種時空漣漪，如同石頭被丟進水里產生的波紋一樣。黑洞、中子星等天體在碰撞過程中有可能產生引力波。100年前，愛因斯坦的廣義相 對論預言了引力波的存在。廣義相對論的其他預言如光線的彎曲、水星近日點進動以及引力紅移效應都已獲證實，唯有引力波一直徘徊在科學家的“視線”之外。 (完)

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　　引力波探測證實！人類首次直接觀測雙黑洞係統 

　　新浪科技訊 北京時間2月11日晚間消息， LIGO官方剛剛宣布：在愛因斯坦提出引力波概念100周年後，引力波被首次直接觀測到。

　　來自一個雙黑洞係統產生的引力波信號在公元2015年9月14日國際標準時間9：51(北京時間17：51)由兩座分別設置在華盛頓州和路易斯安那州的LIGO觀測臺探測到。這也是人類首次直接觀測到一個“雙黑洞”係統。

　　發布會上，LIGO項目執行主管David Reitze說：“今天，我們開啟了引力波天文學的嶄新時代。”

　　意義重大的引力波 

　　這項發現將是對愛因斯坦廣義相對論的又一次證明，後者在將近100年前便預言了引力波的存在。但引力波被首次直接探測到的意義還遠不僅于此，它 還有著更加重大的意義。作為時空本身的震動，引力波常常會被人和聲波進行對比。事實上，引力波望遠鏡能夠讓科學家們在光學望遠鏡“看到”某個現象的同時 “聽到”它的“聲音”。

　　有趣的是，當LIGO項目在上世紀90年代早期尋求美國政府的資金支持時，它在國會面對的最大反對者竟然是天文學家們。美國佛羅里達大學廣義相 對論專家，LIGO項目的早期支持者克里福德·威爾(Clifford Will)指出了出現這種情況的原因：“當時普遍的觀點是認為LIGO這個項目與天文學之間似乎關係不大。”而反觀今天的情況，人們對此的觀點已經完全變 化了。

　　歡迎來到引力波天文學的世界！

　　一、黑洞真的存在嗎？ 

　　正如外界所傳言的那樣，此次宣布的消息是有關兩個黑洞合並過程中產生的引力波信號。這樣的事件是宇宙中最高能的事件之一——這一過程中產生的引 力波信號強度 甚至可以短暫超過整個可觀測宇宙中所有恆星產生的引力波效應之和。與此同時，來自兩個黑洞合並時所產生的引力波也是所有引力波類型中信號最清晰，最便于解 譯的類型之一。

　　當兩個黑洞以螺旋形軌道逐漸相互靠攏時，合並過程便開始了，在此期間會釋放出引力波。這種引力波擁有特徵性的信號，科學家可以利用這些特徵信號 解譯出合並的兩個黑洞各自的質量大小。在那之後，實際上這兩個原先獨立的黑洞就融為一體了。法國巴黎高等學術研究所的引力理論學家迪爾巴特·達摩爾(ThibaultDamour)指出：“這就有點像是你將兩個肥皂泡泡靠得很近，以至于它們最終融合一體了。而在合並的初始階段，較大的那個泡泡會發生扭曲變形。”黑洞合 並的情況非常類似，而一旦合並過程完成之後，形成的單一黑洞將恢復為完美的球形。

　　探測到黑洞合並產生的引力波信號，其中的一項意義可能會出乎一部分人的意料，那就是證實黑洞的存在——至少由愛因斯坦廣義相對論中所預言的那種 純粹、空曠的扭曲封閉的時空區域的確是存在的。這一信號的另外一層意義是可以讓科學家們確認黑洞的合並過程的確是與先前的理論預測相吻合的。天文學家們手里已經掌握了許多此類現象存在的證據，但到目前為止它們都來自對圍繞黑洞周圍存在的恆星以及高溫氣體行為的觀測，也就是間接證據，而非來自黑洞本身的直接證據。

　　美國普林斯頓大學的廣義相對論專家弗蘭斯·普雷特瑞斯(Frans Pretorius)指出：“整個科學界，包括我本人，都已經對黑洞的話題感到厭倦，我們已經對此習以為常了。然而如果你想要宣布一項激動人心的預言，那麼我們就需要看到非常扎實的證據。”

　　二、引力波是以光速傳播的嗎？ 

　　當科學家們將來自LIGO的 觀測結果與來自其他類型望遠鏡的觀測數據進行對比時，他們檢查的第一個項目往往就是查看這兩個信號是否是在同一時間抵達的。物理學家們認為引力是由一種被 稱作“引力子”的粒子負責傳遞的，它們就像構成光線的光子一樣。而如果這些粒子也像光子那樣不具有質量，那麼引力波就將能夠以光速傳播，從而與廣義相對論 中關于引力波應當能夠以光速傳播的預言相吻合。

　　然而另外一種可能性就是引力子可能具有極小的質量，如果情況是那樣，這就意味著引力波的傳播速度可能無法達到光速。如果的確如此，那麼LIGO 等設施將會發現來自遙遠天文事件中產生的引力波信號抵達地球的時間要比工作在γ射線波段等“傳統”望遠鏡的探測到信號的時間稍晚一些。如果這一情況出現， 那就將構成對基礎物理學理論的重大挑戰。

　　三、時空是由“宇宙弦”組成的嗎？ 

　　如果能夠探測到來自所謂“宇宙弦”的引力波信號，那麼則會出現更加詭異的情況。所謂“宇宙弦”是一種假想中存在的宇宙時空彎曲中的缺陷，它可能與弦論有關，也可能無關。這種“宇宙弦”無限薄，但長度卻能拉長到宇宙尺度。研究人員認為，這種宇宙弦如果的確存在，可能會產生一些扭結；而如果其中的一根弦斷裂，則 會產生一陣引力波漣漪，這樣的信號應該是可以被LIGO這樣的設施監測到的。

　　四、中子星是完美的球體嗎？ 

　　中子星是大質量恆星死亡之後留下的殘骸，它們的密度極高，以至于將組成它們自己的原子中的電子壓入了原子核，並與其中的質子中和形成了中子。科學家們對于中子星環境下的極端物理了解甚少，而引力波將能夠為我們提供這方面的全新信息。舉例來說，中子星的超強引力場理論上會使整個中子星星體成為完美的球體。但一些研究人員卻認為在中子星上可能仍然會存在“山峰”——盡管高度可能只有幾個毫米。但盡管如此不起眼，但嚴格來說，這些小“突起”的存在也的確讓這樣一類直徑一般僅有10公里左右的高密度天體的完美球體外觀被打破了。通常情況下中子星的自轉速度是非常快的，因此任何的微小凸起都將造成時空的扭曲並產生連續的引力波信號，這種引力輻射過程會帶走一部分能量並造成中子星自轉速度的逐漸下降。

　　相互繞轉的兩顆中子星也會產生連續的引力波信號。和黑洞一樣，這兩顆中子星會最終相互靠近並融合為一體。但這一過程和黑洞合並過程存在本質不同，普雷特瑞斯指出：“你面臨大量不同的可能性，這取決于中子星的質量以及構成中子星的高密度物質能夠施加的壓力大小。”舉例而言，兩顆中子星合並後的結果可能是一個質量更大的中子星，但另外一種可能性是，這兩者合並之後立即在巨大壓力下塌縮，形成一個黑洞。

　　五、是什麼引燃了恆星爆炸？ 

　　當一顆大質量恆星耗盡其自身內部燃料時，它將迎來死亡的時刻，在一次巨大的爆發之後形成黑洞或中子星。天體物理學家們認為這一過程正是形成II 型 超新星爆發的元兇。對于這類超新星爆發過程的模擬研究目前還未能明確給出是什麼直接“點燃”了此類劇烈爆發的答案，但對于來自真實超新星爆發過程所產生引力波信號的傾聽和分析將有望幫助我們最終找出這個問題的答案。根據這些引力波信號的波形特徵、強度、頻率以及引力波信號與電磁波信號抵達時間之間的相互關係，這些數據將幫助科學家們證實或排除現有的一些理論模型。

　　六、宇宙膨脹的速度有多快？ 

　　宇宙的膨脹意味著那些本身正在遠離我們的遙遠星係，它們的光譜紅移值會大于真實數值，因為它們所發出的光線在抵達我們的路途中會由于空間本身的膨脹而被拉伸。宇宙學家們正是根據對遙遠星係光譜紅移值的觀測，並將這一數值與這些星係的真實距離進行對比，從而反推出宇宙的膨脹速度的。而對于這些遙遠星係的真實距離，則是根據這些星係內部出現的所謂Ia型超新星爆發亮度進行估算的。這種估算方法在天文學距離測量上被廣泛使用，但必須承認這種方法同時也存在著很大的不確定性。

　　而如果全世界各地的多個引力波探測設施都檢測到來自同一次中子星合並事件的引力波信號，那麼將這些來自不同設施的觀測數據結合起來，科學家們將有機會計算出這一信號的絕對強度，而這也將反過來讓我們得以可靠地計算出這一中子星合並事件發生地與地球之間的距離有多遠。同樣的，我們還能夠判斷出信號發來的方向，並據此進一步找到這一合並事件究竟發生在哪一個具體的星係內部。接下來，通過對這一星係紅移值的觀測，並將其與引力波信號得到的真實距離進行對比，我們將能夠有機會在更高的精度上實現對宇宙膨脹速率的估算。