尾猿會

 

 

兩顆黑洞相互盤旋發出引力波示意圖

 

 

騰訊太空 喬輝 2月11日報道

美國當地時間2月11日上午10點30分（北京時間2月11日23點30分），美國國家科學基金會（NSF）召集了來自加州理工學院、麻省理工學院以及LIGO科學合作組織的科學家在華盛頓特區國家媒體中心宣布：人類首次直接探測到了引力波！

 

科學家為直接探測到引力波的消息歡呼（從左到右分別為：Gabriela Gonzalez, Rainer Weiss和Kip Thorne）

這次探測到的引力波是由13億光年之外的兩顆黑洞在合并的最后階段產生的。兩顆黑洞的初始質量分別為29顆太陽和36顆太陽，合并成了一顆62倍太陽質量高速旋轉的黑洞，虧損的質量以強大引力波的形式釋放到宇宙空間，經過13億年的漫長旅行，終于抵達了地球，被美國的“激光干涉引力波天文臺”（LIGO）的兩臺孿生引力波探測器探測到。

 

 

兩臺探測器記錄到的波形

探測到的引力波信號初始頻率為35赫茲，接著迅速提升到了250赫茲，最后變得無序而消失，整個過程持續了僅四分之一秒。位于利文斯頓的探測器比位于漢福德的探測器早探測到7毫秒，這個時間差表明引力波是從南部天區傳來。

什么是引力波？

在物理學上，引力波是愛因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動，如同石頭丟進水里產生的波紋一樣，引力波被視為宇宙中的“時空漣漪”。通常引力波的產生非常困難，地球圍繞太陽以每秒30千米的速度前進，發出的引力波功率僅為200瓦，還不如家用電飯煲功率大。宇宙中大質量天體的加速、碰撞和合并等事件才可以形成強大的引力波，但能產生這種較強引力波的波源距離地球都十分遙遠，傳播到地球時變得非常微弱。

 

 

根據廣義相對論，該雙星系統會以引力波的形式損失能量，軌道周期每年縮短76.5微秒

1974年物理學家約瑟夫·泰勒（Joseph Hooton Taylor, Jr）和拉塞爾·赫爾斯（Russell Alan Hulse）發現了一顆編號為PSR B1913+16的脈沖星，他們發現該脈沖星處于雙星系統中，其伴星也是一顆中子星。根據廣義相對論，該雙星系統會以引力波的形式損失能量，軌道周期每年縮短76.5微秒，軌道半長軸每年減少3.5米，預計大約經過3億年后發生合并。

自1974年，泰勒和赫爾斯和對這個雙星系統的軌道進行了長時間的觀測，觀測值和廣義相對論預言的數值符合得非常好，這間接證明了引力波的存在。泰勒和赫爾斯也因這項工作于1993年榮獲諾貝爾物理學獎。

共振型引力波探測器

 

 

韋伯教授在調試他的引力波探測器（1965年）

上世紀60年代，馬里蘭大學的物理學家韋伯（Joseph Weber）首先提出了一種共振型引力波探測器。該探測器由多層鋁筒構成，直徑1米，長2米，質量約1000千克，用細絲懸掛起來。當引力波經過圓柱時，圓柱會發生共振，進而可以通過安裝在圓柱周圍的壓電傳感器檢測到。韋伯曾經在相距1000千米的兩個地方同時放置了相同的探測器，只有兩個探測器同時檢測到相同的信號才被記錄下來。1968年，韋伯宣稱他探測到了引力波，立刻引起了學界的轟動，但是后來的重復實驗都一無所獲。