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    引力波是什么?

    2016-06-15 23:49:33晨飛
    飛碟探索 2016年6期
    關(guān)鍵詞:引力波引力愛因斯坦

    晨飛

    引力波是什么?

    引力波是攜帶能量穿越宇宙的漣漪,1916年,作為廣義相對論的推論,阿爾伯特·愛因斯坦預測了它的存在。雖然有很多間接證據(jù)能夠證明其存在,但引力波在此之前從來沒有被直接檢測到過。這是因為引力波太微小了,只有一個原子的百萬分之一。它們就像湖面上的細小波紋—從遠處看,湖面像鏡子一樣光滑,只有靠得非常近時才能看到湖面上的細。

    原初引力波更為激動人心,它們誕生于宇宙誕生的最初時刻。這些引力波攜帶著宇宙如何產(chǎn)生的至關(guān)重要的信息。

    什么是廣義相對論?

    1916年,阿爾伯特·愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了一個用數(shù)學描述引力的方法,他把這叫作廣義相對論。這種理論基于一組將空間和時間放在一起進行描述的坐標,被稱為時空連續(xù)體。

    物質(zhì)和能量能讓時空連續(xù)體產(chǎn)生翹曲,就像重物在床墊上產(chǎn)生的效果那樣。彎曲會導致引力產(chǎn)生,而引力波是時空連續(xù)體中的漣漪(試著把床墊換成一張水床想想看)。

    這些并不都是艱澀難懂的數(shù)學。廣義相對論告訴我們引力如何影響時間,衛(wèi)星導航系統(tǒng)必須納入時間因素,才能準確告訴你你在哪里。

    這一發(fā)現(xiàn)的意義是什么?

    科學家檢測到引力波有兩方面的重要意義。首先,這開啟了研究宇宙的全新方式,使科學家能夠?qū)Ξa(chǎn)生這些引力波的過程進行推斷。其次,它會證明宇宙膨脹的假說。它還可以向我們提供有關(guān)宇宙起源,也就是大爆炸的信息。

    怎樣才能檢測到引力波?

    科學家在南極極點架設了一臺叫作BICEP的望遠鏡,它一直在通過尋找宇宙微波背景輻射中的一個微小特性,證明引力波的存在。這一輻射產(chǎn)生于宇宙大爆炸。1964年,美國科學家用射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)了這種波的存在,并把它叫作大爆炸的“回聲”。BICEP測量的就是這種微波輻射的大尺度極化。只有當原初引力波經(jīng)過暴脹放大之后才能具有這種印跡。

    什么是宇宙暴脹?

    宇宙大爆炸假說最初是由比利時的物理學家喬治·勒馬特提出的。他把宇宙大爆炸叫作“沒有昨天的那一天”,因為它是時間和空間產(chǎn)生的那一刻。但是宇宙大爆炸并不符合所有天文學家的觀測。宇宙中的物質(zhì)分布太均勻了,不可能是最初設想的那種宇宙大爆炸造成的。因此,在20世紀70年代,宇宙學家假定了一種宇宙的突然放大,稱其為宇宙暴脹,在宇宙大爆炸之后的一個極小的時間段發(fā)生。只有宇宙暴脹可以使得原初引力波信號放大到可以被檢測的程度。如果檢測到了原初引力波,就意味著暴脹確實發(fā)生過。

    下一步是什么?宇宙學家的任務完成了嗎?

    才沒有呢,可以說工作才真正開始。愛因斯坦知道廣義相對論和量子力學并不吻合。廣義相對論探討的是引力和宇宙的整體,而量子力學探討的則是微觀尺度的粒子和自然界的其他作用力,以及電磁。即使經(jīng)過了一個世紀的努力,物理學家還是沒能說明這些理論怎樣才能共同作用。原初引力波產(chǎn)生的時候,引力和宇宙與粒子和自然界其他作用力在同一個尺度下作用。這次的檢測結(jié)果及其后續(xù)分析有望告訴我們這些理論是能夠共同作用的。如果這個問題得到詮釋,它就會通向物理學家渴望的“大統(tǒng)一理論”。

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