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重大突破 科學家發現重力波證實廣義相對論

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【大紀元2016年02月12日訊】(大紀元記者許家琳綜合報導)2月11日,美國路易斯安那州和華盛頓州的激光干涉重力波天文臺(LIGO)宣布,重力波(又稱引力波)是存在的。該機構執行董事瑞玆(David Reitze)表示,他們檢測到了重力波。這個發現是現代物理學中最重大的突破,不但將再次證實愛因斯坦廣義相對論,還能增進人類對宇宙的理解。

據CNN報導,該發現基於LIGO檢測到的時空波動,是支持廣義相對論的重要依據。瑞玆表示,LIGO觀測到了雙黑洞系統合併時產生的重力波。

他表示,其中一個黑洞質量相當於29個太陽,另一個相當於36個太陽。每個黑洞直徑有150公里(90英里)。

重力波「像果凍」

LIGO觀測到了雙黑洞系統合併時產生的重力波。(視頻截圖)
LIGO觀測到了雙黑洞系統合併時產生的重力波。(視頻截圖)

13億年前,這兩個黑洞以光速的一半速度相撞,產生的重力波穿過宇宙,經過漫長時間抵達地球附近。重力波在地球周圍空間的拉伸和壓縮就「像果凍」。

因為能產生高強度重力波的天體極為遙遠,到達地球時已經弱到幾乎無法探測,可能埋沒在各種噪音信號中。但幸運的是,LIGO確實在2015年9月14日檢測到了重力波。LIGO可檢測到質子千分之一大小的變化。

LIGO在一份聲明中表示,兩個相同的探測器系統分別位于路易斯安那州利文斯頓和華盛頓州漢福德,檢測到令人難以置信的重力波的微小震動。

這個項目由加州理工學院和麻省理工學院科學家創建,由美國國家科學基金會資助。

打開宇宙另一扇窗

瑞玆表示,真正令人興奮的是下一步怎麼走。「我認為我們在宇宙中打開了一個窗口,即重力波天文學之窗。」

不少物理學家指這發現堪稱過去25年最重要的宇宙學成就,未來十年將深刻改變對宇宙的認識。哥倫比亞大學的物理學教授馬爾卡(Szabolcs Marka)告訴CNN說:「我們將不僅能夠學習愛因斯坦廣義相對論,我們還能夠找到只有在想像中存在的東西,我們應該看到一個以前從未觀察到的宇宙。」

德國馬克斯普朗克重力物理研究所物理學家艾倫(Bruce Allen)表示:「首次發現重力波可穩奪諾貝爾獎。」

艾倫說,人們只知中子星的大小與一個城市差不多,但不知中子星的內部結構,而電磁波進入黑洞後就消失,唯有通過重力波可了解中子星與黑洞;重力波也將有助了解宇宙生成最初20萬年的狀況,光不能自由穿梭宇宙,但重力波可以,透過重力波「我們將能看到宇宙最開始的樣子」。

馬爾卡對CNN表示,重力波的發現就像打開我們的另一個感官,「可以聽到或看到宇宙。」他說:「當我們能聽到宇宙時,將了解黑洞的秘密生活,它們的誕生和死亡。當黑洞吞噬一顆中子星時,我們會聽到。在此之前,沒有人『看到過』。我們不僅要了解它,我們還要『看到』。這是我可以想像的最令人不可思議的事情。」

宇宙首次通過重力波和人類溝通

重力波是一種時空漣漪,如同石頭被丟進水裡產生的波紋一樣。黑洞、中子星等天體在碰撞過程中有可能產生引力波。100年前,愛因斯坦的廣義相對論預言了重力波的存在。廣義相對論的其他預言如光線的彎曲、水星近日點進動以及引力紅移效應都已獲證實,唯有重力波一直徘徊在科學家的「視線」之外。

愛因斯坦預言了重力波之後,認為人類的科技水平並不足以觀測到重力波,因為強度太弱。馬爾卡說,當初他想加入LIGO項目時,很多同事勸他不要,因為他們都認為這個實驗不會有結果。

目前,黑洞本身仍然是一個猜想,但重力波的發現將確認它們的存在。瑞玆說:「這是宇宙第一次通過重力波和我們溝通。」

牛津大學物理系的Philipp Podsiadlowski教授表示,檢測到重力波是50年來天體物理學中最重要發現之一,自2012年希格斯玻色子(Higgs boson)被發現以來,這一發現是物理學歷史上又一次重要發現。#

責任編輯:華子明

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2016-02-12 1:59 AM
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