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人類首次直接探測到了引力波


2021-09-14  分享到Twitter 分享到Facebook 分享到Telegram | 聽新聞 國語 | 聽新聞 粵語

2015年9月14日,人類首次探測到宇宙中的引力波。2016年2月11日上午10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! 科學家爲直接探測到引力波的消息歡呼。

從左到右分別爲:Gabriela Gonzalez, Rainer Weiss和Kip Thorne

在物理學上,引力波是愛因斯坦廣義相對論所預言的壹種以光速傳播的時空波動,如同石頭丟進水裏產生的波紋壹樣,引力波被視爲宇宙中的“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爲200瓦,還不如家用電飯煲功率大。宇宙中大質量天體的加速、碰撞和合並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。

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)發現了壹顆編號爲PSR  B1913+16的脈衝星,他們發現該脈衝星處於雙星系統中,其伴星也是壹顆中子星。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3億年後發生合並。 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於1993年榮獲諾貝爾物理學獎。

 

這次探測到的引力波是由13億光年之外的兩顆黑洞在合並的最後階段產生的。兩顆黑洞的初始質量分別爲29顆太陽和36顆太陽,合並成了壹顆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,終於抵達了地球,被美國的“激光乾涉引力波天文台”(LIGO)的兩台孿生引力波探測器探測到。 兩台探測器記錄到的波形 探測到的引力波信號初始頻率爲35赫茲,接着迅速提升到了250赫茲,最後變得無序而消失,整個過程持續了僅四分之壹秒。位於利文斯頓的探測器比位於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。

 



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