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如何讀懂引力波

生活 更新时间:2025-01-09 19:44:00

北京時間16日晚22時,

包括我國在内的多國科學家宣布,

人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波,

并同時“看到”由這一壯觀宇宙事件發出的電磁信号。

如何讀懂引力波(不明覺厲一篇文章讓你徹底搞懂引力波)1

由加州理工學院和牛津大學提供的圖片顯示的是雙中子星GW170817合并的射電波觀測圖象。(新華社供圖)

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由加州理工學院和牛津大學提供的圖片顯示的是雙中子星GW170817合并的射電波觀測圖象。(新華社供圖)

美國東部時間8月17日8時41分(北京時間20時41分),美國“激光幹涉引力波天文台”(LIGO)捕捉到這個引力波信号。此後2秒,美國費米太空望遠鏡觀測到同一來源發出的伽馬射線暴。

引力波到底是啥?為什麼它如此受關注?

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一張圖讀懂引力波

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(科技日報供圖)

引力波是愛因斯坦在廣義相對論中的一種設想,這種設想來源于引力的輻射理論。

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打個比方,如果将宇宙看做是一個橡膠膜,在一個平整的橡膠膜上放置物品,會造成橡膠膜發生形變和下陷。那宇宙中的星體就相當于放在橡膠膜上的物體,會對周圍的時空造成壓縮,拉伸和形變。所以當大質量的物質在時空中運動時,附近的曲率就會随之改變,所産生的變化會以光速像波一樣向外傳播,而這種時空的波動就是我們神秘的引力波。如果用一種文藝的比喻來形容這種現象的話,我們可以叫它“時空的漣漪”,就像平靜的湖面因為一顆石子落水而蕩起的波紋。

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中國彗星衛星做出重要貢獻

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我國包括南極巡天望遠鏡AST3-2、國内第一顆空間X射線天文衛星慧眼望遠鏡在内的多台設備參與觀測引力波事件,我國科研人員還借助引力波光譜解開了宇宙中金、銀等超鐵元素的産生之謎。

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南極巡天望遠鏡

南極這個望遠鏡是中國自主研發的首台全自動無人值守望遠鏡,由中國南極天文中心、中國科學技術大學、南京天文與光學技術研究所、南京大學天文與空間科學學院聯合開發和維護。

昨天晚上10點發布的這個大新聞,也和中國即将開展的引力波探測計劃密切相關。中國天文學家們正在緊張地開展工作,計劃在太空實現“空間太極計劃”“天琴計劃”,在西藏實現“阿裡實驗計劃”,聆聽其他來源的引力波。也許未來的“科學大新聞”就是由中國科學家主導發布了。

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2017年8月17日,第4例引力波事件發生後的第3天,美國激光幹涉引力波觀測台LIGO又發現一個新的引力波信号GW170817。與前4例黑洞合并所産生的引力波不同,GW170817是一個由雙中子星合并産生的引力波。全球約70個地面及空間望遠鏡從紅外、X光、紫外和射電等多個波段開展後續觀測。

身在南京的中科院南極天文中心的年輕成員胡鐳,是第一個注意到南極巡天望遠鏡AST3-2“有情況”的人。

胡鐳透露,8月18日中午,南極團隊獲知引力波信号準确方位後,立刻調整巡天望遠鏡角度,把望遠鏡觀測角度拉到極限,曆時10天,每天2小時,終于在預期坐标内看到了那個寶貴的亮點。中國在南極抓住了這個機會!

引力波是如何被檢測到的?

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20世紀90年代,麻省理工學院的萊納·魏斯(Rainer Weiss)想到了一個絕妙的點子:用激光的幹涉來測量引力波。

簡單來說,一束激光在經過一個半透鏡後朝向兩個互相垂直的方向前進,各自撞上一面反射鏡,反射回來重新彙聚。理論上,隻要反射鏡與半透鏡的距離精确一緻,彙聚後的激光能夠由于幹涉而相互抵消。而一旦引力波經過,激光走過的距離被改變,幹涉現象也會因此發生變化,從而被觀測到。

這個點子後來受到了加州理工的著名引力學家基普·索恩(Kip S. Thorne)的關注(對,這老人家就是《星際穿越》的科學顧問兼制片人)。他發現在魏斯的方法上加些合理的改進,可能行得通。

于是,加州理工和麻省理工開展合作,主導了兩個激光幹涉引力波觀測台(LIGO)的建設。

正常情況下,LIGO發出的激光相互抵消,探測器将接收不到光信号;但如果引力波經過,情況就有所區别了。

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引力波的發現能給我們帶來什麼?

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激光幹涉引力波天文台(LIGO)

引力波是一種以光速傳播時空的信号,且具有幾乎不衰減的特性,被認為是未來宇宙溝通最好的方式。因為電磁波容易被削弱,穿透性不強,所以在宇宙溝通中容易流失信息。并且電磁波是在宇宙形成的38萬年後,才逐漸開始穿透宇宙的物質來到我們的世界,于是引力波也就成為幫我們了解宇宙源頭的唯一工具。

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觀測數據顯示,在這兩顆中子星的合并現場可以觀察到明顯的迹象,顯示那裡合成了大量重元素,包括金,鉑和鈾等。這回答了一個長期懸而未決的問題:宇宙中的重元素從何而來?

科學家們的計算顯示,今年8月17号觀測到的中子星合并事件,産生了相當于10倍地球質量的黃金和鉑金。這些重元素在這裡被制造出來,并随後被撒播到宇宙各處,或許其中一部分會有一天落到地球上,最終成為了我們婚禮上的愛情信物。

看看網友們是如何評論的:

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你是如何看待人類首次“看到”引力波這件事的呢?歡迎給小編留言~

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資料來源:鳳凰衛視美洲台、知乎等

編輯:巴塔木

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