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對話:引力波成功探測背後的清華團隊(圖)

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瘋瘋顛顛 發表於 2016-2-13 23:58 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
2016年02月13日 01:20 新京報
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  美國路易斯安那州的激光干涉引力波天文台。新華社發
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  探測到的引力波源自兩個黑洞碰撞的想象圖。圖/CFP

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  在美國首都華盛頓舉行的新聞發布會上,屏幕上顯示出探測到的引力波。圖/CFP

  新京報訊 (記者沙璐 信娜)《星際穿越》中的情景原來真的存在,利用引力波,不同維度的時空可以相互傳遞信息。當地時間2月11日,加州理工學院、麻省理工學院以及「激光干涉引力波天文台(LIGO)」的研究人員在華盛頓宣布探測到引力波。預言百年,苦尋幾十年,這是人類首次直接探測到引力波,也成為愛因斯坦廣義相對論實驗驗證中最後一塊缺失「拼圖」。

  引力波來自兩黑洞碰撞

  據了解,引力波如一種時空漣漪,類似石頭被丟進水裡產生的波紋。黑洞、中子星等天體在碰撞過程中均產生引力波。此次研究人員直接探測到的引力波,就是來自於兩個黑洞的碰撞。

  去年9月14日,研究人員利用LIGO探測器探測到兩個黑洞合併的引力波,也是首個位於地球之外13億光年的引力波源GW150914。據研究人員估計,兩個黑洞的質量分別相當於36個與29個太陽質量,合併后的總質量為62個太陽質量。也就是說,合併過程中,有3個太陽質量的能量以引力波的形式釋放。

  清華大學團隊作出貢獻

  清華大學昨日表示,作為中國大陸唯一LIGO科學合作組織成員,清華大學研究團隊作出貢獻。

  2009年LSC(LIGO科學合作組織)接受清華大學為正式成員。據了解,研究團隊著重採用先進計算技術提高引力波數據分析的速度和效率,參與了LSC引力波暴和數據分析軟體等工作組相關研究。

  華中科技大學物理學院教授、精密物理量測量教育部重點實驗室主任葉賢基表示,目前國內做引力波理論研究的比較多,做相關實驗的研究團隊比較少。這次發現相信會對國內引力波研究有很大的推動,相信更多的科學家會加入到實驗的隊伍當中。

  ■ 釋疑

  引力波是如何被探測到的?

  在愛因斯坦預言引力波百年後,這是人類首次直接探測到引力波。根據愛因斯坦計算,引力波強度微弱,探測困難,但研究人員從未停止尋找。

  據了解,此次探測,研究人員分別在美國兩州之間設置兩個間隔數千公里的探測器,呈L形排列。加上兩個天文台使用完全相同的設備,研究人員認為兩者數據可以彼此驗證,排除偶然因素。

  L形排列的測量臂長度為4公里,並垂直排列,兩端各有反射鏡面。研究人員表示,激光可在測量發射臂上來回反射,如果幹涉條紋發生變化,可直接探測引力波存在。

  2015年9月14日抵達地球的引力波信號,就是被剛改造升級的LIGO的兩個探測器,以7毫秒的時間差先後捕捉到。

  探測到引力波意味著什麼?

  葉賢基表示,此次發現開啟了引力波天文學的時代。以前天文學只能藉由電磁波進行觀測,但很多物質靠電磁波觀測是看不到的。現在測到引力波之後,可以藉由引力波觀測天體,比如黑洞、暗物質等,研究宇宙早期的結構和演化。

  此外,它開啟了另外一扇窗,以前科學家只能用電磁波觀測的天體,比如以前對黑洞的觀測非常有限,而現在可以看到黑洞合併的過程,黑洞對整個宇宙的結構和演化扮演非常重要的角色。

  ■ 背景

  引力波宇宙中的「時空漣漪」

  愛因斯坦發表於1915年的廣義相對論,與此次發現的引力波有什麼關聯?

  愛因斯坦將時空視為一種可以變形的介質,其廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動。廣義相對論認為,在非球對稱的物質分佈情況下,物質運動,或物質體系的質量分佈發生變化時,會產生引力波。引力波常被比做石頭丟進水中產生的波紋,如同宇宙中的「時空漣漪」。

  在宇宙中,有時就會出現如緻密星體碰撞併合這樣極其劇烈的天體物理過程。過程中的大質量天體劇烈運動擾動著周圍的時空,扭曲時空的引力波也在這個過程中以光速向外傳播出去。

  ■ 對話

  「從此可用這種新手段探索宇宙」

  德國馬克斯-普朗克引力物理研究所、清華大學博士后胡一鳴,作為LIGO科學合作組織成員,參與了此次引力波的探測。昨日,仍在德國進行研究工作的胡一鳴在接受新京報記者採訪時表示,引力波的成功探測,意味著人類擁有了新的手段去探索宇宙。

  新京報:參與探測引力波項目的感受如何?

  胡一鳴:能夠見證歷史,並參與到其中,我感到非常榮幸。

  新京報:LIGO科學合作組織的此次探測,都經過了哪些考驗?

  胡一鳴:LIGO科學合作組織為了這次探測,從材料、鍍膜、隔震、激光、真空,再到超級計算機、數值相對論、快速信號處理、數據分析、快速空間定位、參數估計,每一步都包含了科研人員的辛勤與付出。

  新京報:為何引力波信號被探測到半年才得到確認,中間經過了哪些過程?

  胡一鳴:去年9月14日引力波信號到達后3分鐘,就被程序發現,但是因為那個時候還沒有正式開始觀測,等大家回過神來發現這次探測時,已經是半小時以後了。儘管如此,我們內部恪守規則,在沒有萬分的把握之前,嚴禁任何成員向任何組織外的個人透露消息。

  LIGO科學合作組織非常的嚴謹。只有當你握有強有力的證據,你才可以做出超出常人想象的論斷。此次我們所公布的每一句話,每一個數字,背後都是大量的討論以及反覆的計算和確認。可以說是兩句三年得,一吟雙淚流。


  新京報:成功探測引力波后,未來的研究方向是什麼?

  胡一鳴:引力波的成功探測,意味著一個世紀的努力到達終點,更意味著一個新的研究領域的誕生。我們從此可以用這種新的手段探索宇宙,用前所未有的方式理解以前無法很清楚地理解的現象,比如超新星爆發具體過程、中子星內部結構等。這些對傳統的電磁波天文學來說極具挑戰的課題,有望通過引力波的研究變得觸手可及。

  不過就引力理論,和時空的理解方面,此次探測與愛因斯坦一個世紀前所創立的廣義相對論高度吻合,所以很難從這次探測帶來太多關於時空本質的深層次的突破。但我們也不能排除這種可能性:在未來的某一天,我們探測到了更為極端的引力波信號,在極端的物理條件下,廣義相對論有可能會出現與觀測事實的偏差,到那時,出現一個顛覆性的理論,革新人類對時空的理解,也未可知。

  本版采寫/新京報記者 沙璐 信娜
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