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(科技·物理)特稿:未完成的交響曲——關於引力波的幾個疑問

2016-02-13 06:01:46  来源:新華社 【返回列表】

新華社洛杉磯2月12日電特稿:未完成的交響曲——關於引力波的幾個疑問
新華社記者郭爽
美國科學家11日宣佈探測到的引力波,曾被科普作家馬西婭·巴圖西亞克比作愛因斯坦“未完成的交響曲”,正因其蘊含太多未知。
引力波是一種聲音嗎?能不能實現科幻作品裏的應用?“帶走”3個太陽品質的引力波來了,要不要害怕?那麼費勁探測愛因斯坦一百年前預言的引力波,到底為什么?這項研究與中國的引力波探測工程“天琴計劃”有何異同?
就上述問題,參與引力波探測項目研究的科學家當天接受新華社記者採訪時給出答案。
(小標題)“天琴”別樣天籟之音
參與此次引力波研究的美國“激光干涉引力波天文臺”(LIGO)的數據分析專家、加州理工學院物理系教授艾倫·魏因施泰對新華社記者說,他對中國中山大學牽頭、利用人造衛星探測空間引力波的“天琴計劃”充滿期待。他說:“探測到引力波只是剛剛開始,並非結束,我們非常需要中國科學家的努力。”
LIGO科學合作組織的研究成員、加州理工學院物理學教授陳雁北說,他希望“天琴計劃”實現3個願景。第一,測量引力波可借助不同的“窗口”。如果中國的空間引力波項目觀測到大品質或超大品質的黑洞併合,將對人類理解宇宙演化起到非常重要的作用。
其次,“天琴計劃”可與LIGO天文臺進行聯合觀測。比如,信號首先進入“天琴”的觀測範圍,隨後抵達LIGO天文臺,再次被觀測,將使科學家對同一波源掌握更多信息。此外,將“天琴計劃”作為發展空間技術的平臺,促成不同領域科學家的合作,無疑對中方計劃具有重要意義。
“拿什么獎並沒那麼重要,更重要的是不同領域的科學家圍繞引力波,協同觀測和研究新的現象,”陳雁北說。
(小標題)引力波是一種聲音或樂器?
“時空漣漪”、“宇宙呢喃”……引力波被賦予了太多詩意。科學家認為,探測微弱的引力波,如同在一個喧鬧的聚會上辨別一首歌。人類探測到引力波,正如一個失聰的人突然獲得聽覺,從此獲得感知世界的全新方式。
但是,引力波是一種“聲音”嗎?
宇宙以光的形式向人類傳遞了太多信息,如今引力波在時空中向我們傳遞著類似聲音般的新信息。魏因施泰教授對新華社記者說:“這正如在時間和空間中演奏的樂曲,是由黑洞用力撥動的吉他琴弦。這只是交響樂的開始,而非結束。”
“我們願意把它稱為一種聲音,但引力波並不是聲音,”魏因施泰解釋說,聲音以音速在空氣中傳播,而引力波則是以光速傳播,可以在真空中傳播。兩者都是一種震動,但引力波是一種全新的震動方式。LIGO天文臺將探測器連接到擴音器,從而“聽到”引力波的聲音。
陳雁北則指出,引力波也是一種機械振動,如同用非常大的能量,在宇宙中敲響了一面蒙皮緊繃的鼓。從這個角度來說,中國“天琴計劃”這個名字“太棒了,比喻得非常恰當”。
(小標題)當引力波向你襲來會怎樣?
美國科學家宣佈,他們利用LIGO探測器於2015年9月14日探測到來自於兩個黑洞合併的引力波信號。據研究人員估計,這兩個黑洞合併前的品質分別相當於36個和29個太陽品質,合併後的總品質是62個太陽品質,其中3個太陽品質的能量以引力波的形式在不到1秒的時間內釋放,釋放的峰值能量比整個可見宇宙釋放的能量還要高出約50倍。
聽上去這麼牛,那麼引力波向你“襲來”會怎樣?
陳雁北教授說,引力波攜帶的能量很大,但實際對物質產生的作用卻十分微弱,這也是探測它很困難的原因。如果把引力波在地面附近的能量流單位時間和面積算一算,就會發現它不能挪動電荷,所以作用很微弱。
“如果把時空類比為彈簧,那麼一定是一個很硬很硬的彈簧,用很大的能量才能壓動一點點,”陳雁北說。
如果某人站在引力波波源附近,而引力波向此人正面襲來,從理論上說人會變得矮胖,再抻長,再變矮胖……如此反復,但實際上在地面是很難探測到引力波的。
(小標題)引力波能讓科幻成真嗎?
能否借助引力波實現星際航行、時空穿越或者星際通信呢?
陳雁北教授說,引力波非常微弱,因此很難發射可以被接收和探測的引力波。從理論上講,有可能向一個正在合併的雙黑洞發射一個疊加的引力波,可望產生一種引力波放大效果,但實際上不太可能實現。此外,由於引力波本身造成的時空彎曲是很小的,所以借助引力波“穿越時空、回到過往”並不現實。
加州理工學院物理系教授魏因施泰說,引力波離應用階段還很遠。現在談“借助引力波時空旅行”之類的科幻設想還為時太早,利用引力波的宇宙通信也只是一種微弱的可能。
魏因施泰認為,探測到引力波後,應將其寫入物理課本,“孩子們應該知道這件事,睜大眼睛看天空。也許這離日常生活還很遙遠,但我們需要好奇”。下一步,他認為應去證明更多引力波的存在,而非只是探測到引力波信號,這將幫助人們了解宇宙中大品質天體、中子星、黑洞的數量和演化,幫助人類了解宇宙中更多新領域和新現象。
“對於科學家來說,我們需要把眼睛睜得更大,引力波將讓我們看到更多未曾想像的世界,”魏因施泰說。(完)