10月3日上午,諾貝爾委員會宣布將2017年諾貝爾物理學(xué)獎授予美國麻省理工學(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),以表彰他們在引力波研究方面的貢獻(xiàn),3人將共享900萬瑞典克朗(約合人民幣738萬元)。
縱觀諾貝爾獎歷史,諾貝爾獎頒與的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和成果一般都會經(jīng)過幾十年時間和其他無數(shù)研究結(jié)果的驗證,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呢?這既與LIGO團(tuán)隊多次成功探測到引力波事件(4次確信,1次疑似)有關(guān),也與諾貝爾委員會的理解有關(guān),該委員會稱,這是全新的、完全不同的事物,開啟了未知世界。
引力波是愛因斯坦廣義相對論中的重要推論。時間和空間會在質(zhì)量面前彎曲,時空在伸展和壓縮的過程中,會產(chǎn)生振動傳播開來,這些振動就是引力波。2015年9月14日,位于德國漢諾威馬普學(xué)會引力物理研究所LIGO團(tuán)隊的科學(xué)家注意到一個奇怪的信號:類似一只鳥兒的啁啾聲,且螺距迅速遞增的一種聲波。他們認(rèn)為,探測到的是由黑洞合并產(chǎn)生的一個時間極短的引力波信號,被命名為GW 150914,持續(xù)不到1秒。它經(jīng)過了13億年的漫長旅行,這是人類首次探測到的引力波。
LIG O團(tuán)隊于2015年12月26日再次直接探測到引力波,命名為G W 151226,這個引力波同樣來自雙黑洞并合。2017年1月4日,LIG O團(tuán)隊第三次探測到引力波,命名為G W170104。與前兩次的引力波相似,G W170104也來自于黑洞的合并。此次合并后的黑洞質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的49倍,介于前兩次探測到的黑洞質(zhì)量之間(前兩次并合黑洞質(zhì)量分別為太陽質(zhì)量的62倍和21倍),進(jìn)一步證實了大于20個太陽質(zhì)量的恒星黑洞的存在。
如果說這三次引力波都是單獨由LIG O團(tuán)隊探測到的,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)隊同時發(fā)現(xiàn)。LIG O的兩臺干涉儀(美國華盛頓和路易斯安娜的LIG O引力波天文臺)和歐洲“處女座”(意大利的Virgo引力波天文臺)引力波探測器的一臺干涉儀,從3個地點幾乎同時(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頒發(fā)給引力波發(fā)現(xiàn)的科學(xué)家的主要原因。但是,在未來也許還需要由其他科研團(tuán)隊以另外的方式來證明引力波的存在。
在人們的眼光中,物理學(xué)研究總是深奧莫測,艱澀難懂,引力波也是如此。而且,引力波的晦澀和神秘莫測還在于,它可能真的會開啟人類未知的世界,與人們千百年來所見所聞和理解的物質(zhì)世界迥然不同。因此,發(fā)現(xiàn)引力波意味著人類對物質(zhì)世界的探索才剛剛開始,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。
更重要的是,由于引力波是物質(zhì)運動變化時引發(fā)的時空彎曲,因此引力波與暗物質(zhì)和暗能量有關(guān)。根據(jù)計算,要保持現(xiàn)在宇宙的運行秩序,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,還有一個有95%的物質(zhì)是人們尚未知曉的世界,這也是一個神奇的廣袤的世界。
100年前就預(yù)言有引力波存在的愛因斯坦認(rèn)為,世間有兩樣?xùn)|西是無邊無際的:一者為宇宙一者為人類之愚蠢。對于前者,愛因斯坦似乎還不確定。不過,無論宇宙是否無邊無際,都需要去探索。
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