爱因斯坦搞定了!引力波确实存在

放大两个黑洞合并产生的引力波图像。亨策/ NASA科学家刚刚发现爱因斯坦在时空结构中的波纹。一个世纪前,阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论改变了人类对时空的理解。从光速固定到引力波的存在,现代理论物理时代诞生于1916年。

周四,激光干涉仪引力波观测项目的研究人员宣布,他们有确凿证据证明引力波的存在,以及时空结构中的扰动。

除了证明爱因斯坦的理论之外,这一发现使我们更接近一个伟大的统一理论——物理学的圣杯,它为我们所知的宇宙提供了包罗万象的解释。

一组LIGO科学家周四表示,他们观测到了13亿年前两个黑洞碰撞产生的引力波。这些波浪是在2015年9月14日检测到的,这是在设施经过五年升级后重新启用的三天后。

这一发现不仅标志着引力波首次得到证实,也标志着研究人员首次观测到双星黑洞。对引力波的第一瞥也提供了对宇宙现象的前所未有的观察,而这种现象原本是难以捉摸的,这第一次证明了引力波的存在,并暗示黑洞合并比先前想象的更重、更普遍。这项研究发表在《物理评论快报》上。西北大学研究副教授、芝加哥阿德勒天文馆天文学家夏恩·拉尔森说:“

这是一种新的天文学——利用重力本身观察宇宙”。用望远镜看不见黑洞。这是第一次通过测量黑洞的重力直接探测黑洞,而不是测量它们对宇宙中其他物质的影响。

由快速二进制轨道产生的引力波动画。

NASA你是如何描绘引力波的?把时空想象成一张绷紧的床单。把球滚过床单会使它弯曲。当球移动时,薄片的曲率移动,某些物体快速移动会在薄片上产生波纹。爱因斯坦的原始理论提出,当质量改变位置时,它会在宇宙重力场中产生波纹,这是一种以光速从光源向外传播的波。引力波是由形状奇特的旋转行星、双星黑洞和恒星系统等物体引起的。理论还表明,超新星,甚至大爆炸本身,都是引力波的来源。你可以在爱因斯坦在线上读到更多关于他们的信息。

现在LIGO已经探测到这些波,研究人员有了一种研究这些物体和事件的全新方式。在黑洞的情况下,因为我们不能直接看到黑洞,所以很难研究黑洞,这可能会使研究大开方便之门。研究人员甚至可以追溯到大爆炸发生后的一瞬间,这是其他方法无法做到的。

突然我们知道如何倾听停下来想一想。我们终于可以看到时间的开始了。宇宙。那里的一切。西澳大利亚大学教授大卫·布莱尔说:“引力波类似于以光速穿过太空的声波。”。

迄今为止,人类对宇宙一直充耳不闻。突然我们知道怎么听。宇宙已经说话了,我们已经明白了。

LIGO设施使用两个4公里( 2.5英里)的L形臂作为天线跟踪引力波。每个臂都包含一个干涉仪,一组激光器和反射镜,用来探测引力波引起的微小运动——比质子小一万倍的运动。

但是探测引力波并不容易。重力,对于把宇宙联结在一起的东西来说,出奇的弱。近十年来,LIGO设施未能探测到任何引力波。五年的升级导致高级LIGO在2015年9月上线,它在不到六个月的时间里就识别出了引力波,甚至找到了一个粗略的位置。增加第三个设施将允许t他组队对波浪进行三角测量,以准确地找到它们的来源。另外两个探测器计划稍后进行。安装干涉仪的澳大利亚国立大学科学家罗伯特·沃德解释了高级LIGO的工作原理。

放大图像LIGO Hanford天文台。

Caltech / MIT / LIGO实验室引力波将通过改变质量之间的距离来影响在重力作用下自由移动的质量。这通常在波拉伸和挤压质量之间的空间时描述。我们测量两个质量块之间的距离,方法是把高质量的镜子贴在它们身上,然后从那些镜子上反射激光束。然后我们有效地计算激光束返回的时间,因为我们知道光速,所以我们可以测量距离。当然,事情比这复杂多了,也不那么复杂,但这是基本的想法。

现在LIGO团队已经观察到了这些波,他们将开辟渠道,不仅更深入地研究模糊的物体,而且还将开辟新的途径来发现以前未知的物体,就像无线电望远镜探测到的无法被可见光望远镜探测到的物体一样。换言之,引力波天文学将迎来一个全新的太空发现时代。

我们永远无权看到的东西——碰撞黑洞、合并中子星、巨大的星系碰撞——现在可以经常向我们展示。多伦多大学登拉普天文与天体物理研究所所长、加拿大SKA科学主任布莱恩·盖恩斯勒( Bryan Gaensler )说,我们准备发现全新的现象,现在我们将获得关于熟悉物体的全新见解,他没有参与LIGO项目。

近年来,物理学和天文学出现了许多科学亮点:希格斯玻色子,在彗星上着陆探测,冥王星惊人地飞过,他说。但与本周宣布的相比,这一切相形见绌。

新的科学时代已经开始。