中外機(jī)構(gòu)同時(shí)公布引力波新發(fā)現(xiàn)

本報(bào)特約記者 任重 本報(bào)記者 李司坤

就在今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)被頒給現(xiàn)實(shí)中捕獲引力波的三位美國物理學(xué)家還余波未息之時(shí)，引力波再次引發(fā)強(qiáng)烈關(guān)注——包括中國紫金山天文臺(tái)、美國國家航空航天局（NASA）、歐洲南方天文臺(tái)等全球數(shù)十家著名天文機(jī)構(gòu)紛紛在北京時(shí)間16日晚10時(shí)發(fā)布重大消息：人類首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波，同時(shí)探測(cè)到其電磁對(duì)應(yīng)體。

重大消息？發(fā)現(xiàn)外星人了嗎

到底這一吊足全世界胃口的重大消息是什么呢？據(jù)報(bào)道，北京時(shí)間10月16日晚10時(shí)，美國國家科學(xué)基金會(huì)召開新聞發(fā)布會(huì)，宣布激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）和室女座引力波天文臺(tái)（Vir?go）于2017年8月17日首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波事件，國際引力波電磁對(duì)應(yīng)體觀測(cè)聯(lián)盟發(fā)現(xiàn)該引力波事件的電磁對(duì)應(yīng)體。我國第一顆空間硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡“慧眼”在引力波事件發(fā)生時(shí)成功監(jiān)測(cè)了引力波源所在的天區(qū)，對(duì)其伽馬射線電磁對(duì)應(yīng)體（簡稱引力波閃）在高能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的限制，為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機(jī)制做出了重要貢獻(xiàn)，相關(guān)探測(cè)結(jié)果發(fā)表在報(bào)告此次歷史性發(fā)現(xiàn)的研究論文中。

中國南極天文研究中心主任、中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員王力帆介紹稱，自北京時(shí)間2017年8月18日21時(shí)10分起，即距離引力波事件發(fā)生24小時(shí)后，中國南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3合作團(tuán)隊(duì)利用正在中國南極昆侖站運(yùn)行的第2臺(tái)望遠(yuǎn)鏡AST3-2，對(duì)引力波事件開展了有效觀測(cè)，此次觀測(cè)持續(xù)到8月28日，獲得大量重要數(shù)據(jù)，并探測(cè)到此次引力波事件的光學(xué)信號(hào)。

什么是引力波

“德國之聲”的文章說，在廣義相對(duì)論中，引力可以用時(shí)空彎曲來解釋。假設(shè)時(shí)空就是一張蹦床：一個(gè)網(wǎng)球放在蹦床上，它只會(huì)靜靜地停在那里；而如果此時(shí)在蹦床上坐著一個(gè)人，蹦床就會(huì)向下凹陷，網(wǎng)球則會(huì)滾向凹陷處，而且越是離得近，滾得越快。網(wǎng)球被這處凹陷“吸引”了。坐在蹦床上的人體重越大，凹陷就越明顯，網(wǎng)球就越容易滾向凹陷。

同理，在時(shí)空中，引起改變的那個(gè)物體質(zhì)量越大，時(shí)空彎曲程度就越明顯，產(chǎn)生的“引力”也更大。而在那個(gè)人坐上蹦床的那一瞬，蹦床的彎曲會(huì)從凹陷中心處向外擴(kuò)散；此時(shí)，如果用高速攝影機(jī)觀測(cè)、并回放慢鏡頭，會(huì)發(fā)現(xiàn)這一擴(kuò)散過程是以波動(dòng)的形式進(jìn)行。就好像平靜的水面上投一枚石子，會(huì)產(chǎn)生一圈圈的漣漪。這就是引力波。引力波產(chǎn)生在物體加速過程中，比如恒星爆炸、黑洞碰撞，都會(huì)產(chǎn)生引力波。引力波會(huì)引起時(shí)空的伸縮、影響時(shí)空的結(jié)構(gòu)。

為什么這次的發(fā)現(xiàn)要全球一起發(fā)布呢？中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員陳學(xué)雷16日對(duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，LIGO成立了一個(gè)聯(lián)盟，這個(gè)聯(lián)盟所探測(cè)到的事件，會(huì)把相關(guān)信息發(fā)給加入聯(lián)盟的其他機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)利用自己的望遠(yuǎn)鏡，在探測(cè)到一次引力波事件后，希望用這些望遠(yuǎn)鏡去看看能否找到對(duì)應(yīng)的光波。16日晚參加發(fā)布的這些機(jī)構(gòu)，它們的望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了一些相應(yīng)的東西。

科學(xué)意義有多大

陳學(xué)雷表示，因?yàn)橹凶有堑馁|(zhì)量要比黑洞小很多，要探測(cè)中子星產(chǎn)生的事件，在同樣距離上需要更高的靈敏度?？偠灾@是一次和上幾次引力波事件不完全相同的發(fā)現(xiàn)，因此它提供了一種新的天文現(xiàn)象的觀測(cè)手段。另外，兩個(gè)黑洞并合的時(shí)候，肯定會(huì)發(fā)出引力波，但并不清楚會(huì)不會(huì)發(fā)出光波，但中子星并合時(shí)是比較容易產(chǎn)生光波的，所以這個(gè)發(fā)現(xiàn)給我們提供了更多信息。關(guān)于引力波的觀測(cè)，目前可用的只有LIGO和Virgo兩個(gè)探測(cè)器，而且也只有很少的一點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，能獲得的信息有限。而光波或電磁波的觀測(cè)一直以來都是天文學(xué)家傳統(tǒng)的觀測(cè)手段，放到一起觀測(cè)給出了很多信息和細(xì)節(jié)，有助于我們更好地觀測(cè)引力波。

中科院高能所“百人計(jì)劃”項(xiàng)目研究員熊少林說，“這是人類第一次同時(shí)探測(cè)到引力波及其電磁對(duì)應(yīng)體，是引力波天文學(xué)極為重要的里程碑，在天文學(xué)以及物理學(xué)發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義，正式開啟了多信使引力波天文學(xué)時(shí)代?！?/p>

研究引力波有什么用

陳學(xué)雷認(rèn)為，引力波從目前來說，作用主要體現(xiàn)在提供了一種供我們深入研究天體物理過程的重要信息來源，無論是兩個(gè)黑洞并存還是兩個(gè)中子星并存，到最后階段，其現(xiàn)象是非常復(fù)雜的。一方面有引力場(chǎng)的復(fù)雜相互作用，這種相互作用最后也是高度非線性的，時(shí)空都可能會(huì)發(fā)生很劇烈的變化。另一方面，從物理角度講，除了時(shí)空，還有物質(zhì)，對(duì)中子星來說，它里面的物質(zhì)也是密度非常高的物質(zhì)，按照一般的模型來說，中子星是由很多高密度的原子核混成一體的，這些原子核大部分都是中子，這樣的一些物態(tài)在兩個(gè)中子星碰撞的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生怎樣的復(fù)雜現(xiàn)象，我們也非常希望了解，通過這些了解甚至也可以深刻地追究宇宙的基本物理規(guī)律。現(xiàn)在我們既有了引力波的觀測(cè)，又有了光學(xué)的觀測(cè)，這為我們提供了很多信息，在未來一段時(shí)間內(nèi)會(huì)有很大的發(fā)展。星際穿越是科幻小說中的情節(jié)，真實(shí)情況不一定像小說中那么戲劇化，但可能這里頭也有很密切的聯(lián)系，對(duì)這些東西的探求可能會(huì)有非常有意思的物理規(guī)律。

國際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)秘書長、中國航天科工集團(tuán)公司二院研究員楊宇光表示，引力波最重要的意義在于，人類從過去到現(xiàn)在所有對(duì)自然界的觀測(cè)，包括天文觀測(cè)，主要依賴于電磁波，也就是雷達(dá)或者光學(xué)波段的電磁波對(duì)未知世界進(jìn)行探測(cè)。而有了引力波以后我們就對(duì)自然界多了一種探測(cè)手段，這是一個(gè)質(zhì)的差異。引力波的探測(cè)有可能使我們了解到更豐富的有關(guān)于黑洞、中子星等等這些天體在發(fā)生一些現(xiàn)象和劇烈變化時(shí)的時(shí)空變化，所以說它對(duì)于了解物質(zhì)世界是非常有用的?！?/p>