10月3日上午,諾貝爾委員會(huì)宣布將2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)麻省理工學(xué)院教授雷納·韋斯(Rainer Weiss)、加州理工學(xué)院教授巴里·巴里什(BarryC. Barish)和基普·索恩(Kip Stephen Thorne),以表彰他們?cè)谝Σㄑ芯糠矫娴呢暙I(xiàn),3人將共享900萬(wàn)瑞典克朗(約合人民幣738萬(wàn)元)。
縱觀諾貝爾獎(jiǎng)歷史,諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C與的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和成果一般都會(huì)經(jīng)過(guò)幾十年時(shí)間和其他無(wú)數(shù)研究結(jié)果的驗(yàn)證,但是,為何引力波一經(jīng)發(fā)現(xiàn),就在兩年后獲得了諾貝爾獎(jiǎng)呢?這既與LIGO團(tuán)隊(duì)多次成功探測(cè)到引力波事件(4次確信,1次疑似)有關(guān),也與諾貝爾委員會(huì)的理解有關(guān),該委員會(huì)稱,這是全新的、完全不同的事物,開(kāi)啟了未知世界。
引力波是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中的重要推論。時(shí)間和空間會(huì)在質(zhì)量面前彎曲,時(shí)空在伸展和壓縮的過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)傳播開(kāi)來(lái),這些振動(dòng)就是引力波。2015年9月14日,位于德國(guó)漢諾威馬普學(xué)會(huì)引力物理研究所LIGO團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家注意到一個(gè)奇怪的信號(hào):類似一只鳥(niǎo)兒的啁啾聲,且螺距迅速遞增的一種聲波。他們認(rèn)為,探測(cè)到的是由黑洞合并產(chǎn)生的一個(gè)時(shí)間極短的引力波信號(hào),被命名為GW 150914,持續(xù)不到1秒。它經(jīng)過(guò)了13億年的漫長(zhǎng)旅行,這是人類首次探測(cè)到的引力波。
LIG O團(tuán)隊(duì)于2015年12月26日再次直接探測(cè)到引力波,命名為G W 151226,這個(gè)引力波同樣來(lái)自雙黑洞并合。2017年1月4日,LIG O團(tuán)隊(duì)第三次探測(cè)到引力波,命名為G W170104。與前兩次的引力波相似,G W170104也來(lái)自于黑洞的合并。此次合并后的黑洞質(zhì)量約為太陽(yáng)質(zhì)量的49倍,介于前兩次探測(cè)到的黑洞質(zhì)量之間(前兩次并合黑洞質(zhì)量分別為太陽(yáng)質(zhì)量的62倍和21倍),進(jìn)一步證實(shí)了大于20個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的恒星黑洞的存在。
如果說(shuō)這三次引力波都是單獨(dú)由LIG O團(tuán)隊(duì)探測(cè)到的,那么2017年8月14日第4次發(fā)現(xiàn)引力波則由不同的研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)發(fā)現(xiàn)。LIG O的兩臺(tái)干涉儀(美國(guó)華盛頓和路易斯安娜的LIG O引力波天文臺(tái))和歐洲“處女座”(意大利的Virgo引力波天文臺(tái))引力波探測(cè)器的一臺(tái)干涉儀,從3個(gè)地點(diǎn)幾乎同時(shí)(先后相差僅幾毫秒)捕獲到了引力波,命名為GW 170814。
由于有這幾次反復(fù)發(fā)現(xiàn)引力波,引力波獲得了一定程度的重復(fù)驗(yàn)證,這是證明科學(xué)發(fā)現(xiàn)的必要條件和必經(jīng)程序,這也許就是今年的諾貝爾物理獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給引力波發(fā)現(xiàn)的科學(xué)家的主要原因。但是,在未來(lái)也許還需要由其他科研團(tuán)隊(duì)以另外的方式來(lái)證明引力波的存在。
在人們的眼光中,物理學(xué)研究總是深?yuàn)W莫測(cè),艱澀難懂,引力波也是如此。而且,引力波的晦澀和神秘莫測(cè)還在于,它可能真的會(huì)開(kāi)啟人類未知的世界,與人們千百年來(lái)所見(jiàn)所聞和理解的物質(zhì)世界迥然不同。因此,發(fā)現(xiàn)引力波意味著人類對(duì)物質(zhì)世界的探索才剛剛開(kāi)始,正如電磁波望遠(yuǎn)鏡可以充當(dāng)人類的眼睛一樣,引力波探測(cè)器可以充當(dāng)人類的耳朵,有了它們意味著人類有了第六感覺(jué)。
更重要的是,由于引力波是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化時(shí)引發(fā)的時(shí)空彎曲,因此引力波與暗物質(zhì)和暗能量有關(guān)。根據(jù)計(jì)算,要保持現(xiàn)在宇宙的運(yùn)行秩序,需要暗物質(zhì)的存在,而且暗物質(zhì)的質(zhì)量必須5倍于我們現(xiàn)在看到的物質(zhì)。這就意味著在人類能用五官感知到的世界外,還有一個(gè)有95%的物質(zhì)是人們尚未知曉的世界,這也是一個(gè)神奇的廣袤的世界。
100年前就預(yù)言有引力波存在的愛(ài)因斯坦認(rèn)為,世間有兩樣?xùn)|西是無(wú)邊無(wú)際的:一者為宇宙一者為人類之愚蠢。對(duì)于前者,愛(ài)因斯坦似乎還不確定。不過(guò),無(wú)論宇宙是否無(wú)邊無(wú)際,都需要去探索。
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