常人難以理解的天體物理學新發現引力波,又有怎樣的科學意義?-SAKAI BBS 社區
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常人難以理解的天體物理學新發現引力波,又有怎樣的科學意義?

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    2015-1-3 10:48
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    [LV.2]偶爾看看I

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    發表於 2018-7-18 16:21:06 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
    據外媒報道,瑞典皇家科學院將2017年諾貝爾物理學獎授與雷納-韋斯(Rainer Weiss),巴里-巴瑞斯(Barry C. Barish)和吉普-索恩(Kip S. Thorne)三位科學家,以表彰他們在引力波研討方面的進獻。為什麼一項凡人難以瞭解的天體物理學新發現可以激發如此多的關注?究竟什麼是引力波?發現了引力波,又有怎樣的科學意義?

    引力致使的時空曲折

    常人難以理解的天體物理學新發現引力波,又有怎樣的科學意義?

    瑞典斯德哥爾摩當地時候10月3日,瑞典皇家科學院將2017年諾貝爾物理學獎授與Rainer Weiss,Barry C. Barish和Kip S. Thorne,以表彰他們在引力波研討方面的進獻。

    我們無時不刻地感知到重力——也就是引力的存在。而在廣義相對論中,引力可以用時空曲折來詮釋。假定時空就是一張蹦床︰一枚小小的網球放在蹦床上,它只會靜靜地停在那里;而假如此時在蹦床上坐著一小我,蹦床就會向下凸起,那枚小網球則會滾向這一凸起處,而且越是離得近,滾得越是快,網球被這處凸起"吸引"了。

    明顯,坐在蹦床上的那小我體重越大,凸起就越是明顯,網球就越是輕易滾向凸起處。同理,在時空中,引發改變的阿誰物體質量越大,時空曲折水平就越是明顯,發生的"引力"也更大。

    而在那小我一屁股坐上蹦床的那一瞬,蹦床的曲折會從凸起中心處向外分散;此時,假如用高速攝影機觀察、並回放慢鏡頭,會發現這一分散進程是以波動的形式停止的。就似乎安靜的水面上投一枚石子,會發生一圈圈的波紋——這就是引力波。

    引力波發生在物體加速進程中,即物資的分布發生改變時(一屁股坐上蹦床的時辰)。比如恆星爆炸、黑洞踫撞,城市發生引力波。引力波會引發時空的伸縮、影響時空的結構(蹦床的曲折從凸起處呈海浪狀分散)。

    為何花了一個世紀?

    常人難以理解的天體物理學新發現引力波,又有怎樣的科學意義?

    愛因斯坦在1916年頒發廣義相對論時,就預言了引力波的存在。與聲波、光波(電磁波)分歧的是,引力波在宇宙中的傳佈不會遭到任何阻擋。

    愛因斯坦描寫了時空是若何被引力波拉伸以及緊縮、時空是若何曲折,也描寫了物體是若何在曲折的時空中活動的。

    愛因斯坦的這一理論被提出後,眾多物理學家都在盡力尋覓引力波存在的證據。但是,受時代所限,晚年間的科學家沒有充足的技術手段來停止觀察。

    難以觀察的一大緣由就是引力波太微小了。就比如我們觀察蹦床曲折的海浪狀分散需要高速攝影機,觀察引力波也需要極端緊密的儀器。到達地球的引力波,其振幅大約相當于氫原子的100億分之一。

    此次立了大功的LIGO(激光干與引力波探測器),是由相距3000千米的兩個緊密觀察裝配配合組成的。每個觀察裝配都具有兩條相互垂直的管道,每條管道長4000米,組成L型。管道內安裝有半透鏡以及反射鏡。激光在L型管道的節點處被半透鏡分為兩路,別離走向L型管道的兩頭,從盡端反射返來後,重新會聚。假如沒有引力波的影響,重新會聚後的激光會由於同頻干與而相互抵消。而引力波會極為纖細地改變反射鏡與半透鏡的間隔,從而影響本應相互抵消的干與成果。

    而之所以要相隔3000千米修建兩套一樣的觀察裝配,則是為了便于科學家比對引力波的偏向以實時候節點。

    除了LIGO項目,還有很多其他裝配也在找尋引力波的影蹤。歐洲空間局比來發射了一枚衛星,可以用來觀察宇宙的纖細波動。

    證實引力波為何意義嚴重?

    從科學意義上而言,證實引力波確切存在,將完全改變物理學對宇宙的認知。科學家將可以由此來研討大爆炸事務的後續影響,還可以更切確地來觀察宇宙中悠遠的角落。源自豪爆炸的引力波,還能幫助科學家更好地瞭解宇宙的組成。

    從科學史角度來看,捕捉到引力波間接存在的證據,就是補上了愛因斯坦廣義相對論嘗實考證的最初一塊拼圖。廣義相對論的其他幾項預言——例如可見光和電磁波的曲折、水星剋日點進動、引力紅移效應此前都已經被證實。

    從普通人的現實角度,雖然臨時沒法猜測引力波會有哪些現實的利用代價。可是看似闊別平常生活的、1916年頒發的廣義相對論,對于現在普遍利用的衛星定位技術,卻是不成或缺的︰衛星必須依照廣義相對論,來批改由地球引力致使的時空曲折。

     

                                                      
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