苟利军:探测引力波的百年之路(4)

摘要:从爱因斯坦伟大的预言,到一代又一代科学家矢志不渝的求索,“引力波”的探测是一场跨越百年的接力。百年来,引力波的身影总是显得“虚无缥缈”,但在这个顶级世界难题的漫长求索中,科学家从未放弃过自己的努力。正如麻省理工大学的校长所说:“基础学科是辛苦的、严谨的和缓慢的,又震撼性的、革命性的和催化性的。没有基础科学,最好的设想就无法得到改进,‘创新’也只能是小打小闹。只有随着基础科学的进步,社会也才能进步。”

11

上图(图片11)蓝色的小圈代表了LIGO刚建成时的探测范围,而2015年年9月升级以后的灵敏度是大圈的范围。我们可以看到,从最刚开始的非常小的探测范围,到现在比较大的范围,有一个非常大的提升。因为灵敏度的极大提高,最终导致了这次的发现。

3、本次引力波的发现

我们来看一下这次发现的结果。2015年9月14号,LIGO探测的信号大约为0.2秒。也就是说,我们刚才听到的音频信号只有差不多0.2秒那么长,其实那个信号已经被放长了一段时间了。镜子移动的尺度是10的负18次方米。刚才我们也讲了,一个原子的尺度是10的负10次方米,它比一个原子的尺度还要小差不多一亿倍。所以测量精度是非常精确的。而同时,通过这次观测,我们知道是什么样的天体产生了这次的引力波呢?是两个黑洞。这两个黑洞的质量我们也得到了非常精确的测量,一个是36倍太阳质量,另外一个是29倍太阳质量,最终在合并以后形成了62倍太阳质量。我们简单的加一下,36加29应该是65,但是最终形成了一个62倍的太阳质量,有3个太阳质量在合并的过程当中被释放出去了。

这个合并的过程又是非常短的,肯定要比0.2秒还要小,但是在极短的时间之内释放出去的能量又非常高。另外,它距离我们地球有13亿光年。那就意味着这次爆发是在2015年9月14日爆发的,还是在其他什么时候爆发的?应该是在13亿光年之前爆发的。而我们人类在地球上也仅仅生存了七八百万年,地球的生命差不多是46亿年。所以13亿年之前应该还是一个非常炙热的环境,我们无法想象13亿年前到底是什么样的。但是最终这个信号经过了13亿年的传播,传到了地球上。但是还有一个问题,大家也可以考虑一下。就是说这个信号经过13亿年传到了地球上,那现在它到什么地方去了?是就消失了还是继续在向宇宙的其他时空在传播呢?应该说,它继续在向更远的地方传播。

4、黑洞:时空弯曲的“极端”情况

这次引力波探测不仅仅探测到了两个黑洞了,也是对于爱因斯坦相对论的又一次验证,它最终在黑洞合并的时候,产生了非常强的引力波。这次发现的天体源是黑洞。关于什么是黑洞,我之后会再做解释。

责任编辑:叶其英校对:李天翼最后修改:
0