引力波的发现已成现实,那么前路在何方?下一步我们又该做什么?

引力波的发现已成现实,那么前路在何方?下一步我们又该做什么?

长期以来探测引力辐射的努力取得了成效 - 经过大约一个世纪的巨大努力,科学家们终于成功地验证并检测到了它。

引力波是在超过1000名物理学家的参与下使用激光干涉引力波天文台(LIGO)发现的,引力波的发现将开启我们对宇宙结构和动力学理解的新时代。

1.背景

1917年,阿尔伯特爱因斯坦提出了他的广义相对论,将引力包含在他的狭义相对论中。 该理论完全背离了牛顿的经典引力理论。 根据新理论,任何形式的物质或能量引起的宇宙四维宇宙的变形(类似于床垫表面上金属球的变形)曾经被一致被认为是经典力学的东西。

该理论的三个著名预测,包括穿过太阳的光束的弯曲,水星行星的逆行运动的未解决问题,以及来自太阳的光束的红移,都被证明是正确的。

这不仅提高了理论的声誉和可信度,而且还在物理学家面前挑战了引力波的发现,这是最令人惊讶的预测。

类似于预测电磁波存在的麦克斯韦电磁方程,爱因斯坦的张量方程预测了宇宙时空结构中引力波的存在。

正如电磁波是通过加速电荷产生的,爱因斯坦的引力波预测源于任何导致宇宙几何形状扰动的宇宙事件,类似于地震辐射的地震波。在宇宙学尺度上,诸如湮灭恒星或黑洞碰撞等宇宙事件可以导致引力波。

这种实验的技术障碍非常大,需要一个世纪的努力来克服它们。与自然界中其他三个存在的场(强相互作用,弱相互作用和电磁相互作用)相比,重力是最弱的场,发现它极为困难。

引力波引起的振动等于原子大小的百万分之一,所以任何引力波探测器都应该能够区别其和地震造成的振动,正常表面振动或自然海浪引起的振动等其他振动。

而且,与电磁辐射相比,引力波的波长在数百公里的范围内,因此任何重力天线都应该能够拦截数百公里远的相同震源的同时振动。

2.发现引力波

2016年2月11日,LIGO位于华盛顿州的拥有4公里臂长仪器及其在路易斯安那州的类似装置,终于成功记录了一系列通过地球的引力波

这个波是由大约一百万年前两个螺旋形黑洞的碰撞引起的,它们在一百万年后被LIGO观察到其周围空间的织物波动。

引力波的间接证明首先由R. A. Hulse和J. H. Taylor于1975年报道,这使他们获得1993年诺贝尔物理学奖。然而,这是它们第一次被引力波探测器直接拦截和探测到。

3.观察宇宙的新工具

广义相对论是我们理解宇宙和引力的革命。它开启了现代物理学和天体物理学的新纪元。现在,人们期待已久的引力波的发现将加速我们对宇宙和引力的创造和演化的理解。

这一新发现将为科学家提供一种新工具,可以显示宇宙中不可观察的部分。 到目前为止,我们对世界的理解依赖于在不同频率范围内使用电磁射线的观测工具和望远镜,包括无线电波,红外波,可见光谱,X射线和伽马射线。

现在有了这个新的强大工具,科学家们可以观察到以前从未观察到的宇宙现象,例如关于黑洞,星系和整个宇宙的形成和演化的新细节。

这种新技术也可以为新理论的验证铺平道路,例如在宇宙学水平上存在平行世界和多元宇宙,在量子水平上存在量子引力。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. learning-任时光

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