引力波的發(fā)現(xiàn)及感想

張新陽(yáng)

摘 要：我們知道引力波是時(shí)空彎曲的直接結(jié)果，在平直時(shí)空里面是不可能有引力波的，只要有彎曲的空間就必然會(huì)產(chǎn)生引力波，這一發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的最后一塊缺失的拼圖。

關(guān)鍵詞：引力波 引力波的探測(cè)

前言：對(duì)于引力波，大多數(shù)人可能在剛開始時(shí)都不太了解，從愛因斯坦的廣義相對(duì)論里，我們可以很清楚的學(xué)習(xí)到，引力被普遍認(rèn)為是一種效應(yīng)，是由時(shí)空彎曲所引發(fā)的。這種彎曲是由于質(zhì)量的存在而產(chǎn)生的。按照一般來(lái)講，如果把體積提前給定，那么在相應(yīng)的體積里存在的質(zhì)量越大，那么在這個(gè)體積邊界的地方相對(duì)應(yīng)所產(chǎn)生的被叫做時(shí)空曲率的東西越大。當(dāng)一個(gè)物體在時(shí)空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，它帶有一定的質(zhì)量，這些物體的位置變化就可以由它們的曲率變化就可以反應(yīng)。在有些特定環(huán)境下，有種傳播現(xiàn)象叫做引力波，加速的物體能夠以波的形式向外以光速傳播，能夠?qū)@個(gè)曲率產(chǎn)生變化。

一、引力波

在物理學(xué)這個(gè)科學(xué)中，引力波是時(shí)空彎曲中的一小塊兒波瀾，它會(huì)以波的形式從輻射源慢慢向外傳播，它的能量以引力輻射這種形式傳輸。引力波它有兩個(gè)非常重要而且特別獨(dú)特的性質(zhì)。第一：引力波的波源附近不需要一些物質(zhì)存在，這當(dāng)然也就不會(huì)有電磁輻射所產(chǎn)生。第二：引力波可以隨意傳播，不受阻擋，這是針對(duì)于在它的傳播途中的一些天體而言的。比如說(shuō)光會(huì)被宇宙中的一些星際介質(zhì)所遮擋攔截，但是引力波就不一樣了，它可以完全不受影響。這兩個(gè)特征讓引力波本身可以附帶一些我們意想不到的而且之前也沒(méi)有被檢測(cè)到的天文現(xiàn)象信息。而且以往每一個(gè)關(guān)于電子波譜的新的發(fā)現(xiàn)，都會(huì)給我們帶來(lái)前所未有的新發(fā)現(xiàn)。天文學(xué)家們同樣希望這次引力波也能夠如此。

二、引力波的構(gòu)想及其研究進(jìn)程

關(guān)于引力波存在的構(gòu)想，早在1916年，偉大的科學(xué)家愛因斯坦就根據(jù)他做提出的廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波是存在的。引力波的存在簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是因?yàn)閺V義相對(duì)論洛倫茲不變性，它引入了相互作用的傳播速度有限的概念。相比較之下，引力波不能存在于牛頓的經(jīng)典引力理論里，是因?yàn)榕ｎD的經(jīng)典理論中假設(shè)物質(zhì)的相互作用傳播速度是無(wú)限的。

我們不能盲目的去探測(cè)引力波，可能探測(cè)到引力波的探測(cè)源包括致密雙星系統(tǒng)，例如白矮星、中子星和黑洞等。如果把時(shí)空中運(yùn)行的天體想象成蹦床上玩耍的孩子們，那么在時(shí)空上傳播的引力波就如同由于孩子的蹦跳而激起的在蹦床表面的顫動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)黑洞相互繞轉(zhuǎn)并最終碰撞在一起時(shí)，巨大的引力波向四面八方傳播開，這就像在蹦床的中心有兩個(gè)小胖子在使勁地跳躍，顫動(dòng)就以波的形式向外傳遞。當(dāng)蹦床上的顫動(dòng)傳遞到蹦床上遠(yuǎn)處兩個(gè)靜止不動(dòng)的螞蟻處時(shí)，這兩只螞蟻之間的相對(duì)距離也被迫發(fā)生改變。類似地，在宇宙中原本靜止的兩個(gè)物體，因?yàn)橐Σǖ牡絹?lái)而發(fā)生了相對(duì)位置的改變，這就是引力波探測(cè)器的工作原理。引力波的觀測(cè)在很早之前就已經(jīng)開始，許多不用國(guó)家的引力波探測(cè)器正在建造或者處于運(yùn)行當(dāng)中，比如 advanced LIGO（aLIGO），它從2015年9月份開始運(yùn)行觀測(cè)。

人們真正意義上的發(fā)現(xiàn)引力波是在2016年2月11日，LIGO科學(xué)合作組織和Virgo合作團(tuán)隊(duì)宣布他們利用高級(jí)LIGO探測(cè)器，已經(jīng)首次探測(cè)到了來(lái)源于雙黑洞合并的引力波信號(hào)。2016年6月16日的凌晨，LIGO合作組又宣布探測(cè)到引力波信號(hào)：2015年12月26日03：38：53 （UTC），位于美國(guó)漢福德區(qū)和路易斯安那州的利文斯頓的兩臺(tái)引力波探測(cè)器同時(shí)探測(cè)到了一個(gè)引力波信號(hào)；這也是繼 LIGO 2015年9月14日探測(cè)到首個(gè)引力波信號(hào)之后，人類所探測(cè)到的第二個(gè)引力波信號(hào)。終于在2017年10月16日，全球多個(gè)國(guó)家科學(xué)家同步舉行新聞發(fā)布會(huì)，宣布人類第一次直接探測(cè)到來(lái)自于雙中子星合并的引力波，并同時(shí)“看到”這一壯觀宇宙事件發(fā)出的電磁信號(hào)。

愛因斯坦在1916年發(fā)表的廣義相對(duì)論雖然預(yù)言了宇宙誕生之初產(chǎn)生的一種時(shí)空波動(dòng)也就是原初引力波的存在，但是在過(guò)去近幾百年中，廣義相對(duì)論中的其他預(yù)言比如說(shuō)光線的彎曲、水星的近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)和引力紅移效應(yīng)都已被具體證實(shí)，只有原初引力波因?yàn)樗男盘?hào)極其微弱，技術(shù)上太難測(cè)量，而一直沒(méi)有被天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)。

關(guān)于引力波的發(fā)現(xiàn)，我認(rèn)為它首先填補(bǔ)了廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的最后一塊拼圖，把廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證首次形成一個(gè)確定的整體，原初引力波的發(fā)現(xiàn)是支持廣義相對(duì)論的又一有力證據(jù)，相對(duì)論所預(yù)言的所有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象全部被驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)與理論符合得都很好。同時(shí)，引力波的發(fā)現(xiàn)打開了觀測(cè)宇宙的一扇新窗戶。引力波能夠被測(cè)量到，就意味著人們可以通過(guò)引力波一直追溯到大爆炸之后僅僅10的負(fù)35方秒的極早時(shí)期，所以引力波也可以作為另一種觀測(cè)宇宙的手段。引力波天文學(xué)這門新學(xué)科的大門也由此產(chǎn)生。這一發(fā)現(xiàn)還有助于我們真正理解宇宙大爆炸原初時(shí)刻的物理過(guò)程，可能這個(gè)概念對(duì)大多數(shù)人包括我都比較抽象，但是引力波的發(fā)現(xiàn)確實(shí)可以在一定程度上幫助人們理解宇宙大爆炸原初時(shí)刻的物理過(guò)程。原初引力波可以原本的記錄下宇宙以指數(shù)速度急劇膨脹，即所謂“暴漲過(guò)程”這個(gè)物理過(guò)程。最后，引力波的發(fā)現(xiàn)更加意味著對(duì)宇宙微波背景輻射的測(cè)量將會(huì)進(jìn)入下一個(gè)重要的階段。

三、總結(jié)

引力波的發(fā)現(xiàn)作為21世紀(jì)十分重大的物理發(fā)現(xiàn)，引力波一詞也入選了“漢語(yǔ)盤點(diǎn)2017”活動(dòng)年度候選字詞，這對(duì)于當(dāng)代大學(xué)生的影響是意義重大的。前幾年在國(guó)內(nèi)某節(jié)目上就有人提出引力波這一概念，但是被主持人和嘉賓打斷并當(dāng)面嘲笑，這在一定程度上就說(shuō)明了一些人甚至是資深人士在科學(xué)發(fā)現(xiàn)上比較迂腐，所以引力波的發(fā)現(xiàn)也可以告訴人們科學(xué)是可以不斷被發(fā)現(xiàn)的，沒(méi)有說(shuō)眾多物理前輩們發(fā)現(xiàn)了太多的成果所以后輩們就只能仰望他們，科學(xué)史上的更多東西有待我們?nèi)パ芯亢桶l(fā)現(xiàn)，心有多大，舞臺(tái)就有多大，我們要以銳意進(jìn)取、開拓創(chuàng)新的精神去創(chuàng)造新的科學(xué)財(cái)富，而不是在現(xiàn)有的科學(xué)發(fā)現(xiàn)面前望而卻步，然后安穩(wěn)的享用前人帶給我們的一些發(fā)現(xiàn)和成果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《人類再次直接探測(cè)到引力波，這意味著什么？》，騰訊

[2] 《人類首次發(fā)現(xiàn)雙中子星碰撞出的引力波》，鳳凰網(wǎng)

[3]百度百科