什么是引力波,怎样探测?

提到引力波,就不得不先说一下广义相对论了,1915年, 爱因斯坦引力场方程发表了出来,整个广义相对论的动力学才终于完成。人们在确凿的实验证据下,广义相对论的正确性已经毋庸置疑,但是作为广义相对论的一个重要预言——引力波,却迟迟没有发现。科学家们坚信,引力波是一定存在的,为了探测到这个引力波,科学家们做出了很多尝试和努力,那么什么是引力波呢?

根据爱因斯坦的广义相对论,在任何有质量的物体附近,空间的结构都会受到扭曲,但这种扭曲并不会一直停留在大质量的物体近旁,这种扭曲将会在宇宙中传递的,就像是平静的水面上,放上一个皮球,水面就会荡起波纹。水面是时空的话,这个波纹就相当于引力波它的本质是时空的涟漪,是时空的波动。引力波可以在空旷的宇宙中传播,并且其传播的速度是光速,不过引力波极其微弱,微弱到几乎不可能探测到,所以在引力波的猜测提出以来,相当长的一段时间里,引力波仅仅只是一个预言。

什么是引力波,怎样探测?

任何有质量的物体的加速度运动都会产生引力波,理论上当我们快速奔跑,当汽车行驶在高速路上,当瀑布冲下百米高崖引力波都会随之而生,只是太过微弱可以忽略不计,实际上我们有可能直接探测到的引力波,只能是来自于天体大灾变事件,比如两个黑洞的碰撞融合,脉冲星的自转,超新星的引力坍缩,大爆炸留下的背景辐射等等。至今分布在世界各地的观测站,都在努力寻找,既然引力波如此难以捉摸,人类又该如何探测它呢?

什么是引力波,怎样探测?

两个黑洞融合

科学家们认为,宇宙暴涨所导致的引力波至今仍在宇宙各处回荡,但现在的它们已经老态龙钟十分虚弱,而难以被直接探测到,于是科学家们转而观察由光子组成的宇宙微波背景辐射,来追溯宇宙创生后,引力波在这种辐射当中所留下的印记,通过射电望远镜,可以观测到微波背景辐射,因而想要观测到由引力波所导致的时空涟漪,就只能借助射电望远镜,不仅如此,在观测中,为避免更多的水蒸气阻挡,无线电波避免来自手机通讯电视广播,及其他日常电子产品的电波干扰,观测站一般会选址在,大气稀薄,空气干燥,人烟稀少的地方。目前世界上技术水平最高的三大引力波观测项目分别是美国的LIGO、德国汉诺威的GEO和意大利突斯卡尼的VIRGO。

什么是引力波,怎样探测?

位于美国路易斯安那州利文斯顿附近的臂长4km的激光干涉仪引力波探测器 LIGO

在2016年2月11日,LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器,已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。

2016年6月15日,激光干涉仪引力波天文台(LIGO)科学合作组织与Virgo科学合作组织在圣地亚哥举行的美国天文学会第228次会议上正式宣布,在高新LIGO 探测器的数据中确认了又一起引力波事件GW151226:世界协调时间2015年12月26日凌晨3点38分53秒,科学家们第二次观测到引力波。

2017年10月16日,全球多国科学家同步举行新闻发布会,宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。

引力波的观测意义,不仅仅对于广义相对论的直接验证,更在于它能够提供一个,观测宇宙的新途径,就像观测天文学从可见光天文学扩展到全波段天文学那样,极大的扩展了人类的视野,传统的观测天文学完全依靠,对电磁辐射的探测,而引力波天文学的出现则标志着,观测手段已经开始超越电磁相互作用的范畴,引力波观测将揭示关于恒星星系以及宇宙更多前所未知的信息,或许人们能从这些微弱的宇宙涟漪里,窥测到宇宙诞生之初的秘密,甚至地球未来的命运。


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