中科白癜风公益惠民活动 https://3g.163.com/news/article/D4U0N7EP00018AOP.html?clickfrom=baidu_adapt“美国科学家11日宣布，他们探测到引力波的存在。引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。美国科学家宣布探测到引力波存在。新华社华盛顿2月11日电美国科学家11日宣布，他们探测到引力波的存在。引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。
美国加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台(LIGO)”的研究人员当天在华盛顿举行记者会，宣布他们利用LIGO探测器于年9月14日探测到来自于两个黑洞合并的引力波信号。
据他们估计，这两个黑洞合并前的质量分别相当于36个与29个太阳质量，合并后的总质量是62个太阳质量，其中相当于3个太阳质量的能量在合并过程中以引力波的形式释放。
LIGO探测器是美国分别在路易斯安那州利文斯顿市与华盛顿州小城汉福德市建造的两个引力波探测器，不久前完成了改造升级，其探测灵敏度相比年提高了约10倍。什么是引力波？时空中的涟漪！在讲引力波之前，我们先说说大家更为熟知的电磁波。
电磁波是在年被麦克斯韦所提出的，在22年后被证实存在。我们所看到各种颜色的光，还有看不到的红外线、紫外线、无线电波等等都属于电磁波的一种。和电磁波类似，就万有引力的认识，爱因斯坦这个科学巨人认为牛顿之前的理解太naive。在爱因斯坦的相对论中，认为万有引力是一种跟电磁波一样的波动，称为引力波。＊＊牛顿啊，你还是tooyoungtoosimple，sometimesnaive！＊＊
如果无法想象理解我们换个说法。首先大前提，爱因斯坦认为引力是由于时空的扭曲产生的。
就像是一个铁球放在一块平铺的毯子上。球放上去，毯子中间会凹陷进去（时空扭曲），铁球越重（天体质量越大），凹陷就会越厉害（时空扭曲越严重）。而如果这个铁球是运动的，“凹陷”这个状态便会向周围传播开去，就像是平静的水池里丢进了一颗小石头。
那么，如果有两个这样的铁球相互“旋转，跳跃，不停歇”呢？（图片来源：PiledHigherandDeeper(PHDComics)/youtube.
但是，爱因斯坦当时这个想法并没有得到广泛认可和证实。
引力波是一种时空涟漪，如同石头被丢进水里产生的波纹一样。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。年前，爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实，唯有引力波一直徘徊在科学家的“视线”之外。
在物理学上，引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动，如同石头丢进水里产生的波纹一样，引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”。通常引力波的产生非常困难，地球围绕太阳以每秒30千米的速度前进，发出的引力波功率仅为瓦，还不如家用电饭煲功率大。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件才可以形成强大的引力波，但能产生这种较强引力波的波源距离地球都十分遥远，传播到地球时变得非常微弱。引力波有什么用？首先明确一点，它不能吃，嗯。然后，由于引力波与物质的相互作用非常弱，在传播途径中基本不会像电磁波那样容易发生衰减或散射，这意味着它们可以揭示一些宇宙角落深处的信息，例如宇宙诞生时形成的引力辐射至今仍然在宇宙间几乎无衰减地传播，这为直接观测大爆炸提供了仅有的可能。另外，考虑到一般认为宇宙间不发射任何电磁波的暗物质所占比例要远大于发射电磁波的已知物质，暗物质与外界的唯一相互作用即是引力相互作用，引力波天文学对这些暗物质的观测具有重要意义。
也就是说，我们可以通过引力波，去窥探宇宙最深处、最原始的奥秘了，甚至是看到宇宙的源头！人类是怎么探测到应力波的？
引力波非常难以测量，因为当他们到达地球的时候已经变得非常弱了。有多弱？弱到引力波引起的长度变化是10^-21量级的了。
但是，这没有难倒智慧勇敢的地球人！地球人发明了激光干涉测量的方法！
简单地说通过测量两条激光束相遇的时候所形成的干涉图样的变化来探测引力波。这些图样依赖于激光束的传播距离，当引力波穿过时会引起激光束的传播距离微小变化，通过干涉图样的变化便可以看出来了。（嗯，如果你做过物理光学实验……你懂的）
这种称之为激光干涉计的探测器的灵敏度，是与激光传播的距离成比例的。现在世界上有LIGO和GEO这两个工具，用来测量引力波即时空结构中的波动。因为探测器需要寻找的是很微弱的信号，所以需要LIGO和GEO的尺寸相当大。
而宣布探测到引力波的那个家伙有多大呢？横竖都是4km，你们感受一下。按照小猿1千米最好成绩，跑完全程要28min……
但是即使是这样大的尺寸还显得很拙计，它每年能遇见的引力波事件大概在万分之一件到一件之间，你看这花了几十年才探测到一次。
也因此，有科学家脑洞大开说想发射几颗卫星上天去充当这个激光干涉计探测器……
（想象一下卫星在外太空BiuBiuBiu发射激光……）首次观测到引力波的意义北京时间2月11日晚间消息，LIGO官方刚刚宣布：在爱因斯坦提出引力波概念周年后，引力波被首次直接观测到。
来自一个双黑洞系统产生的引力波信号在公元年9月14日国际标准时间9：51(北京时间17：51)由两座分别设置在华盛顿州和路易斯安那州的LIGO观测台探测到。这也是人类首次直接观测到一个“双黑洞”系统。
发布会上，LIGO项目执行主管DavidReitze说：“今天，我们开启了引力波天文学的崭新时代。”
从观测宇宙角度来说，引力波将成为人类探索宇宙更为强大的工具。最初，人类通过眼睛来观测天相。之后，有了光学望远镜，我们能直接看到更远的星体，看的也更清楚。再后来，我们又有了射电望远镜，我们可以通过观测电磁波来研究我们根本看不见、远在亿万光年以外的宇宙。现在，我们或将掌握另外一种探索宇宙的全新工具：引力波。通过研究引力波，我们可以研究电磁波无法直接观测到的黑洞，以及占了宇宙质量95.1%的暗物质和暗能量。引力波天文学将是继传统电磁波天文学、宇宙线天文学和中微子天文学之后，人类认识宇宙的全新窗口，必将引发一场天文学的革命。
引力波探测除了能够检验广义相对论之外，还有助于证明其它版本的引力理论正确与否，还将推动引力量子化的研究，最终把引力融入其它三种基本相互作用，完成爱因斯坦的伟大梦想。
引力波像其它的波一样，携带着能量和信息。电磁波（宇宙背景微波辐射）只能让我们看到大爆炸38万年之后的景象，而引力波能够让我们回望宇宙大爆炸最初瞬间，检验宇宙大爆炸理论的正确与否。
另外，考虑到引力是目前我们所知道的唯一能够超越不同维度的力，或许，通过研究引力波，我们人类就能够掌握进入到另外一个时空的科技。时间旅行，或许不是幻想。
英国天文物理学大师霍金表示，他相信这是科学史上重要的一刻。
霍金在接受BBC专访时表示：“引力波提供看待宇宙的崭新方式，发现它们的能力，有可能使天文学起革命性的变化。这项发现是首度发现黑洞的二元系统，是首度观察到黑洞融合。”
“除了检验(爱因斯坦的)广义相对论，我们可以期待透过宇宙史看到黑洞。我们甚至可以看到宇宙大爆炸时期初期宇宙的遗迹、看到其一些最大的能量”，霍金说。意义重大的引力波这项发现将是对爱因斯坦广义相对论的又一次证明，后者在将近年前便预言了引力波的存在。但引力波被首次直接探测到的意义还远不仅于此，它还有着更加重大的意义。作为时空本身的震动，引力波常常会被人和声波进行对比。事实上，引力波望远镜能够让科学家们在光学望远镜“看到”某个现象的同时“听到”它的“声音”。
有趣的是，当LIGO项目在上世纪90年代早期寻求美国政府的资金支持时，它在国会面对的最大反对者竟然是天文学家们。美国佛罗里达大学广义相对论专家，LIGO项目的早期支持者克里福德·威尔(CliffordWill)指出了出现这种情况的原因：“当时普遍的观点是认为LIGO这个项目与天文学之间似乎关系不大。”而反观今天的情况，人们对此的观点已经完全变化了。黑洞真的存在吗？正如外界所传言的那样，此次宣布的消息是有关两个黑洞合并过程中产生的引力波信号。这样的事件是宇宙中最高能的事件之一——这一过程中产生的引力波信号强度甚至可以短暂超过整个可观测宇宙中所有恒星产生的引力波效应之和。与此同时，来自两个黑洞合并时所产生的引力波也是所有引力波类型中信号最清晰，最便于解译的类型之一。
当两个黑洞以螺旋形轨道逐渐相互靠拢时，合并过程便开始了，在此期间会释放出引力波。这种引力波拥有特征性的信号，科学家可以利用这些特征信号解译出合并的两个黑洞各自的质量大小。在那之后，实际上这两个原先独立的黑洞就融为一体了。法国巴黎高等学术研究所的引力理论学家迪尔巴特·达摩尔(ThibaultDamour)指出：“这就有点像是你将两个肥皂泡泡靠得很近，以至于它们最终融合一体了。而在合并的初始阶段，较大的那个泡泡会发生扭曲变形。”黑洞合并的情况非常类似，而一旦合并过程完成之后，形成的单一黑洞将恢复为完美的球形。
探测到黑洞合并产生的引力波信号，其中的一项意义可能会出乎一部分人的意料，那就是证实黑洞的存在——至少由爱因斯坦广义相对论中所预言的那种纯粹、空旷的扭曲封闭的时空区域的确是存在的。这一信号的另外一层意义是可以让科学家们确认黑洞的合并过程的确是与先前的理论预测相吻合的。天文学家们手里已经掌握了许多此类现象存在的证据，但到目前为止它们都来自对围绕黑洞周围存在的恒星以及高温气体行为的观测，也就是间接证据，而非来自黑洞本身的直接证据。
美国普林斯顿大学的广义相对论专家弗兰斯·普雷特瑞斯(FransPretorius)指出：“整个科学界，包括我本人，都已经对黑洞的话题感到厌倦，我们已经对此习以为常了。然而如果你想要宣布一项激动人心的预言，那么我们就需要看到非常扎实的证据。”引力波是以光速传播的吗？当科学家们将来自LIGO的观测结果与来自其他类型望远镜的观测数据进行对比时，他们检查的第一个项目往往就是查看这两个信号是否是在同一时间抵达的。物理学家们认为引力是由一种被称作“引力子”的粒子负责传递的，它们就像构成光线的光子一样。而如果这些粒子也像光子那样不具有质量，那么引力波就将能够以光速传播，从而与广义相对论中关于引力波应当能够以光速传播的预言相吻合。
然而另外一种可能性就是引力子可能具有极小的质量，如果情况是那样，这就意味着引力波的传播速度可能无法达到光速。如果的确如此，那么LIGO等设施将会发现来自遥远天文事件中产生的引力波信号抵达地球的时间要比工作在γ射线波段等“传统”望远镜的探测到信号的时间稍晚一些。如果这一情况出现，那就将构成对基础物理学理论的重大挑战。时空是由“宇宙弦”组成的吗？如果能够探测到来自所谓“宇宙弦”的引力波信号，那么则会出现更加诡异的情况。所谓“宇宙弦”是一种假想中存在的宇宙时空弯曲中的缺陷，它可能与弦论有关，也可能无关。这种“宇宙弦”无限薄，但长度却能拉长到宇宙尺度。研究人员认为，这种宇宙弦如果的确存在，可能会产生一些扭结；而如果其中的一根弦断裂，则会产生一阵引力波涟漪，这样的信号应该是可以被LIGO这样的设施监测到的。中子星是完美的球体吗？中子星是大质量恒星死亡之后留下的残骸，它们的密度极高，以至于将组成它们自己的原子中的电子压入了原子核，并与其中的质子中和形成了中子。科学家们对于中子星环境下的极端物理了解甚少，而引力波将能够为我们提供这方面的全新信息。举例来说，中子星的超强引力场理论上会使整个中子星星体成为完美的球体。但一些研究人员却认为在中子星上可能仍然会存在“山峰”——尽管高度可能只有几个毫米。但尽管如此不起眼，但严格来说，这些小“突起”的存在也的确让这样一类直径一般仅有10公里左右的高密度天体的完美球体外观被打破了。通常情况下中子星的自转速度是非常快的，因此任何的微小凸起都将造成时空的扭曲并产生连续的引力波信号，这种引力辐射过程会带走一部分能量并造成中子星自转速度的逐渐下降。
相互绕转的两颗中子星也会产生连续的引力波信号。和黑洞一样，这两颗中子星会最终相互靠近并融合为一体。但这一过程和黑洞合并过程存在本质不同，普雷特瑞斯指出：“你面临大量不同的可能性，这取决于中子星的质量以及构成中子星的高密度物质能够施加的压力大小。”举例而言，两颗中子星合并后的结果可能是一个质量更大的中子星，但另外一种可能性是，这两者合并之后立即在巨大压力下塌缩，形成一个黑洞。是什么引燃了恒星爆炸？当一颗大质量恒星耗尽其自身内部燃料时，它将迎来死亡的时刻，在一次巨大的爆发之后形成黑洞或中子星。天体物理学家们认为这一过程正是形成II型超新星爆发的元凶。对于这类超新星爆发过程的模拟研究目前还未能明确给出是什么直接“点燃”了此类剧烈爆发的答案，但对于来自真实超新星爆发过程所产生引力波信号的倾听和分析将有望帮助我们最终找出这个问题的答案。根据这些引力波信号的波形特征、强度、频率以及引力波信号与电磁波信号抵达时间之间的相互关系，这些数据将帮助科学家们证实或排除现有的一些理论模型。宇宙膨胀的速度有多快？宇宙的膨胀意味着那些本身正在远离我们的遥远星系，它们的光谱红移值会大于真实数值，因为它们所发出的光线在抵达我们的路途中会由于空间本身的膨胀而被拉伸。宇宙学家们正是根据对遥远星系光谱红移值的观测，并将这一数值与这些星系的真实距离进行对比，从而反推出宇宙的膨胀速度的。而对于这些遥远星系的真实距离，则是根据这些星系内部出现的所谓Ia型超新星爆发亮度进行估算的。这种估算方法在天文学距离测量上被广泛使用，但必须承认这种方法同时也存在着很大的不确定性。
而如果全世界各地的多个引力波探测设施都检测到来自同一次中子星合并事件的引力波信号，那么将这些来自不同设施的观测数据结合起来，科学家们将有机会计算出这一信号的绝对强度，而这也将反过来让我们得以可靠地计算出这一中子星合并事件发生地与地球之间的距离有多远。同样的，我们还能够判断出信号发来的方向，并据此进一步找到这一合并事件究竟发生在哪一个具体的星系内部。接下来，通过对这一星系红移值的观测，并将其与引力波信号得到的真实距离进行对比，我们将能够有机会在更高的精度上实现对宇宙膨胀速率的估算。
引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的拼图，专家称这有助于人类揭开宇宙的各种谜团，甚至了解宇宙的开端和运行机制。这是一个划时代的发现，对于全人类都有重大意义！
终于揭开“引力波”神秘的面纱啦，明天小猿将带来有关“引力波”的考点，千万不能错过哦！
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