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天堂雪
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发表于 2016-02-15 08:59
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来源：新京报
美科学家宣布首次直接探测到引力波,验证广义相对论；
人类首次“倾听”宇宙的“声音”
美国路易斯安那州的激光干涉引力波天文台。新华社发
《星际穿越》中的情景原来真的存在，利用引力波，不同维度的时空可以相互传递信息。当地时间2月11日，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)”的研究人员在华盛顿宣布探测到引力波。预言百年，苦寻几十年，这是人类首次直接探测到引力波，也成为爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失“拼图”。
引力波来自两黑洞碰撞
据了解，引力波如一种时空涟漪，类似石头被丢进水里产生的波纹。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中均产生引力波。此次研究人员直接探测到的引力波，就是来自于两个黑洞的碰撞。
去年9月14日，研究人员利用LIGO探测器探测到两个黑洞合并的引力波，也是首个位于地球之外13亿光年的引力波源GW150914。据研究人员估计，两个黑洞的质量分别相当于36个与29个太阳质量，合并后的总质量为62个太阳质量。也就是说，合并过程中，有3个太阳质量的能量以引力波的形式释放。
清华大学团队作出贡献
清华大学昨日表示，作为中国大陆唯一LIGO科学合作组织成员，清华大学研究团队作出贡献。
2009年LSC(LIGO科学合作组织)接受清华大学为正式成员。据了解，研究团队着重采用先进计算技术提高引力波数据分析的速度和效率，参与了LSC引力波暴和数据分析软件等工作组相关研究。
华中科技大学物理学院教授、精密物理量测量教育部重点实验室主任叶贤基表示，目前国内做引力波理论研究的比较多，做相关实验的研究团队比较少。这次发现相信会对国内引力波研究有很大的推动，相信更多的科学家会加入到实验的队伍当中。
-释疑
引力波是如何被探测到的？
在爱因斯坦预言引力波百年后，这是人类首次直接探测到引力波。根据爱因斯坦计算，引力波强度微弱，探测困难，但研究人员从未停止寻找。
据了解，此次探测，研究人员分别在美国两州之间设置两个间隔数千公里的探测器，呈L形排列。加上两个天文台使用完全相同的设备，研究人员认为两者数据可以彼此验证，排除偶然因素。
L形排列的测量臂长度为4公里，并垂直排列，两端各有反射镜面。研究人员表示，激光可在测量发射臂上来回反射，如果干涉条纹发生变化，可直接探测引力波存在。
2015年9月14日抵达地球的引力波信号，就是被刚改造升级的LIGO的两个探测器，以7毫秒的时间差先后捕捉到。
探测到引力波意味着什么？
叶贤基表示，此次发现开启了引力波天文学的时代。以前天文学只能借由电磁波进行观测，但很多物质靠电磁波观测是看不到的。现在测到引力波之后，可以借由引力波观测天体，比如黑洞、暗物质等，研究宇宙早期的结构和演化。
此外，它开启了另外一扇窗，以前科学家只能用电磁波观测的天体，比如以前对黑洞的观测非常有限，而现在可以看到黑洞合并的过程，黑洞对整个宇宙的结构和演化扮演非常重要的角色。
-背景
引力波宇宙中的“时空涟漪”
爱因斯坦发表于1915年的广义相对论，与此次发现的引力波有什么关联？
爱因斯坦将时空视为一种可以变形的介质，其广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动。广义相对论认为，在非球对称的物质分布情况下，物质运动，或物质体系的质量分布发生变化时，会产生引力波。引力波常被比做石头丢进水中产生的波纹，如同宇宙中的“时空涟漪”。
在宇宙中，有时就会出现如致密星体碰撞并合这样极其剧烈的天体物理过程。过程中的大质量天体剧烈运动扰动着周围的时空，扭曲时空的引力波也在这个过程中以光速向外传播出去。
-对话
“从此可用这种新手段探索宇宙”
德国马克斯-普朗克引力物理研究所、清华大学博士后胡一鸣，作为LIGO科学合作组织成员，参与了此次引力波的探测。昨日，仍在德国进行研究工作的胡一鸣在接受新京报记者采访时表示，引力波的成功探测，意味着人类拥有了新的手段去探索宇宙。
新京报：参与探测引力波项目的感受如何？
胡一鸣：能够见证历史，并参与到其中，我感到非常荣幸。
新京报：LIGO科学合作组织的此次探测，都经过了哪些考验？
胡一鸣：LIGO科学合作组织为了这次探测，从材料、镀膜、隔震、激光、真空，再到超级计算机、数值相对论、快速信号处理、数据分析、快速空间定位、参数估计，每一步都包含了科研人员的辛勤与付出。
新京报：为何引力波信号被探测到半年才得到确认，中间经过了哪些过程？
胡一鸣：去年9月14日引力波信号到达后3分钟，就被程序发现，但是因为那个时候还没有正式开始观测，等大家回过神来发现这次探测时，已经是半小时以后了。尽管如此，我们内部恪守规则，在没有万分的把握之前，严禁任何成员向任何组织外的个人透露消息。
LIGO科学合作组织非常的严谨。只有当你握有强有力的证据，你才可以做出超出常人想象的论断。此次我们所公布的每一句话，每一个数字，背后都是大量的讨论以及反复的计算和确认。可以说是两句三年得，一吟双泪流。
新京报：成功探测引力波后，未来的研究方向是什么？
胡一鸣：引力波的成功探测，意味着一个世纪的努力到达终点，更意味着一个新的研究领域的诞生。我们从此可以用这种新的手段探索宇宙，用前所未有的方式理解以前无法很清楚地理解的现象，比如超新星爆发具体过程、中子星内部结构等。这些对传统的电磁波天文学来说极具挑战的课题，有望通过引力波的研究变得触手可及。
不过就引力理论，和时空的理解方面，此次探测与爱因斯坦一个世纪前所创立的广义相对论高度吻合，所以很难从这次探测带来太多关于时空本质的深层次的突破。但我们也不能排除这种可能性：在未来的某一天，我们探测到了更为极端的引力波信号，在极端的物理条件下，广义相对论有可能会出现与观测事实的偏差，到那时，出现一个颠覆性的理论，革新人类对时空的理解，也未可知。
(记者 沙璐信娜)
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