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2017年10月04日 星期三 放大 缩小 默认   
引力波:认识宇宙新窗口
上海专家解读诺贝尔物理学奖
张炯强
■因为对发现引力波作出杰出贡献,美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什、基普·索恩(从左至右)同时获得了今年的诺贝尔物理学奖 新华社 发
  瑞典皇家科学院3日宣布,将2017年诺贝尔物理学奖授予美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩,以表彰他们为“激光干涉引力波天文台”(LIGO)项目和发现引力波所作的贡献。

  人类最重大发现之一

  昨晚,复旦物理学系教授施郁接受记者采访时表示,LIGO探测到引力波是人类历史上最重大的发现之一。这个发现的意义不仅在于直接验证广义相对论和引力波的存在,更重要的还在于开启了对强引力、随时间变化的引力以及黑洞的直接观测,打开了认识宇宙的一个新窗口。

  施郁说,此前我们关于宇宙的信息来自电磁波和高能粒子,而引力波带来了主宰宇宙的引力的直接信息。以前关于黑洞的信息都是间接的,所以黑洞的存在并没有被直接证实,现在LIGO通过直接探测引力波证明了黑洞的存在。施郁认为,引力波的观测将更常态化,其他引力波源,比如中子星并合、超新星爆发等也应该会被观测到。 

  三人刚获“复旦-中植奖”

  值得一提的是,9月21日揭晓的第二届“复旦-中植科学奖”与诺贝尔物理学奖不谋而合,同样是这三位科学家因在引力波领域的突出贡献而获奖。

  雷纳·韦斯发明的激光干涉引力波探测器是LIGO装置的基础。他首次分析了探测器的主要噪声来源,并领导了LIGO仪器科学的研究,最终使LIGO达到了足够的灵敏度。基普·索恩奠定了引力波探测的理论基础,他开创了引力波波形计算以及数据分析的研究方向,并对LIGO仪器科学做出了重要贡献,特别是提出了量子计量学理论的一系列基本概念。巴里·巴里什领导了LIGO建设及初期运行,建立了LIGO国际科学合作,把LIGO成功转化成了涉及众多成员并且依赖大规模设备的大科学,最终使引力波探测成为可能。

  引力波离我们并不远

  “三位科学家设计的LIGO是最灵敏的探测器。”施郁说,“一次13亿光年外的黑洞融合,让LIGO捕捉到了引力波,证实了爱因斯坦约100年前的理论,它开启了物理学、天文学乃至宇宙学的新篇章。”

  引力波被证实,意味着人类对自然界的认识达到一个新的高度。引力波是唯一可以在高维时空中传递的波,它的穿透力超强,在宇宙中不会因星际尘埃的影响而削弱。因此,从理论上讲,科幻小说里描述的人类与外星生物间的星际通讯有望成为现实。如果广义相对论时空弯曲的某些效应得到实现的话,人类利用它们进行星际远航也不无可能。此外,在传统天文学里,我们用光学、红外、紫外、X射线、伽马射线、射电波段这些电磁窗口观察宇宙,如今,一个全新的天文学领域正逐渐出现,那就是引力波天文学。我们观察宇宙除使用天文望远镜外,还可以采用引力波探测器。

  引力波已经进入诸多科幻小说和科幻大片中。诺贝尔物理学奖获奖者之一的基普·索恩正是电影《星际穿越》的顾问,他与大导演诺兰共同创造出了恢弘的黑洞场景。

  目前引力波领域还剩下一件非常重要的事情,就是原初引力波的探测。原初引力波,是宇宙大爆炸回荡于今的引力效应,它的频率是最低的,也是最难测的。据了解,中国探测引力波大致分三个领域,一是利用卫星在外太空探测引力波,包括之前提出的“天琴”和“太极”计划;二是在西藏阿里探测原初引力波的“阿里”计划;三是利用“天眼”FAST探测脉冲星。中国正争取在这些方向上先出成果。     本报记者 张炯强

     
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