爱因斯坦场方程一百周年科学家再次尝试观测重力波

莘蓝钧
导读 1915年11月25日,物理学家爱因斯坦写下了广义相对论的最后一章——引力场方程(EFE)。1915年11月25日,物理学家爱因斯坦写下了广义相对论的

1915年11月25日,物理学家爱因斯坦写下了广义相对论的最后一章——引力场方程(EFE)。1915年11月25日,物理学家爱因斯坦写下了广义相对论的最后一章——引力场方程(EFE),改变了我们对时间、空间和引力的认识。他提出了重力波的存在,这是一种无处不在的能量,可以扭曲时间和空间。一直以来,科学家只有间接证据,却从未真正“观测到”重力波。100年后的今天,在一个农村,一场巨大的实验即将开始。这可能是人类第一次有机会一窥宇宙的神奇能量。

宇宙中所有物质的运动都会引起重力波,这就好比把一块小石头扔进水里,会激起涟漪。理论上,物质质量越大,运动越剧烈,重力波越大。“引力是最弱的力,即使是最强烈最辉煌的天象也只发出微弱的重力波。伦敦大学帝国学院的物理学家托比怀斯曼博士说。

2007年,科学家们分别在和试图观测重力波,但都失败了。这两个项目被称为先进处女座和LIGO(激光干涉引力波天文台)。经过一项昂贵的改进计划,两台巨大的观测仪器准备再次投入实验。科学家希望通过观测重力波引起的微小时空扭曲,增加对恒星爆炸、黑洞碰撞等天文现象的了解。

简单来说,处女座的仪器是一个巨大的“L”形,由两根分别长3公里的管子组成。管子的末端有一面镜子。当科学家分别在管道中发射激光时,镜子会来回反射光波。当管道中的两束光波前进,在同一长度的管道中相遇,就会互相抵消,什么也看不见。但是,如果重力波穿过管道,就会对空间产生非常微妙的影响。一瞬间,它改变了隧道的长度——也就是说,比一个原子的长度小一点点。所以,两度光波在管道中的“旅程”会变得忽长忽短,它们会互相干涉,而不是互相抵消。科学家只是想观察这个微妙的时刻。

照片来源:自我处女座合作

科学家们花了很长时间来避免实验受到其他外部因素的影响,包括任何声音和地壳的轻微振动。最大的挑战是管道中的镜子,因为轻微的震动也会让镜子发出声音。

好吧,就算已经通过科学技术解决了所有的外部因素,并且在实验中成功测得了重力波,这还是不够的。Ligo测量成功才算成功,甚至德国更小的实验室也测量过。只有这样,我们才能说爱因斯坦100年前的话是绝对正确的。

Ligo渴望看到Virgo成功,因为Virgo的数据将用于Ligo更大的测试管道中。科学家认为处女座有望在今年年底前开始实验,到2017年整个实验可以宣布成功。

能够观测到重力波,对于帮助我们了解宇宙有着重要的意义。“当然,我们有充分的理由相信它是真的,但只有直接观察重力波在时空中引起的涟漪,才能证实我们对广义相对论的理解是正确的。怀斯曼说。一直以来,天文学家主要通过观测天体发出的光来试图了解宇宙。如果能观测到重力波,将为探索宇宙打开一扇天窗。

寻找阿尔伯特爱因斯坦的失踪波(BBC)关于处女座的十个问题(处女座)

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