引力波到底是什麼?為什麼發現它就能獲得諾貝爾獎?

貓貓小格格

施鬱

(復旦大學物理學系)

波是某種振動的傳播,如水波、聲波等。顧名思義,引力波就是“引力的波”。引力波超越了牛頓引力理論。

三百多年前,艾薩克·牛頓(Isaac Newton)說,任何兩個有質量的物體之間存在萬有引力,而且這個引力是瞬時的,也就說,物體之間引力的傳遞不需要時間。牛頓解釋了為什麼地球圍繞太陽轉,為什麼樹上的蘋果會落地。

然而愛因斯坦1905年創立的狹義相對論指出,任何信號的傳遞不可能超過光速,時間和空間成為整體,稱為時空。

十年之後,愛因斯坦又將引力納入相對論的框架,創立廣義相對論,指出萬有引力就是時空的彎曲,由此決定物質的運動。用索恩的導師、美國著名物理學家約翰·惠勒(John Wheeler)的話說,“物質告訴時空如何彎曲;彎曲的時空告訴物質如何運動。”物質之間的引力,需要時間來傳遞。

1916年,愛因斯坦根據廣義相對論,預言了引力波。

引力源質量分佈的改變,導致它對其他物體引力的改變,這種改變以光速傳播開來,就是引力波。既然引力是時空彎曲,那麼引力波也就是“時空的漣漪”,即時空彎曲情況隨時間變化、在空間傳播。引力波到達之處,在垂直於傳播方向的平面上,任何長度都會振盪,而且在互相垂直的任意兩個方向上步調相反。因為牛頓力學中沒有引力波,所以引力波的觀測也就驗證了廣義相對論。

LIGO探測到引力波,意義不僅在於直接驗證廣義相對論預言的引力波的存在,還在於開啟了對強引力以及黑洞的直接觀測,打開了認識宇宙的一個新窗口。

探測到引力波是人類歷史上最重大的發現之一,因此可以獲得諾貝爾獎。


物理文化與施鬱世界線


這次的諾貝爾物理學獎有一個特殊的意義:百年的現代物理學,今天終於做了一個了斷!


現代物理學建立的標誌當然是一百年前建立的相對論和量子力學。隨著量子力學以及基於量子力學的粒子物理標準模型的發展,相關研究在諾貝爾物理學獎歷史上獲獎層出不盡,相信以後還會有。這些諾貝爾物理學獎標誌著量子力學走向了成熟,雖然今後還會發展,但是其正確性已經毋庸置疑。


與此形成鮮明對照的是,廣義相對論建立一百年來雖然已經成為了現代物理學的主要部分,而狹義相對論更是和量子力學一起構成了現代物理的兩個支柱,但是歷史上不但愛因斯坦沒有因為相對論而獲得諾貝爾物理學獎,後來對於豐富廣義相對論而做出了很多貢獻的物理學家們也無人因此獲得過諾貝爾物理學獎,這和量子力學以及相關的物理學研究的情況相比有天淵之別,這不能不說是物理學史和諾貝獎歷史上的一個遺憾!


對引力波的直接探測的歷史起於上世紀70年代,今天的LIGO項目的創始人之一Rainer Weiss(雷納·韋斯)那時候就開始發展激光干涉探測引力波的技術,隨後和加州理工學院的Kip Thorne(基普·索恩)以及當時英國Glasgow大學後來加入了加州理工學院的Ronald Drever(羅納德·德雷弗,今年3月份不幸因病去世)合作一起發起了LIGO實驗)該實驗是美國科學基金會有史以來投資最大的科學項目),歷經30多年,終於獲得了第一個正科學結果,也就是探測到了引力波!不但這個團隊幾十年來初心不變,而且資助機構也不離不棄,這絕對是科學史上的奇蹟!


因此,2017年的諾貝爾物理學獎授予了LIGO實驗直接探測到並且發現了引力波,不但是眾望所歸,而是也對百年現代物理學做了一個了斷!從今往後,擴展廣義相對論理論並且發展和量子力學統一的量子引力理論的研究將進入一個新的時代!


雖然這次的諾貝爾物理學獎對百年現代物理的發展做了一個了斷,但是這對於引力波探測以及相關領域的研究卻僅僅是一個開始!探測到引力波之前,人類對於宇宙的瞭解只是“看”,但是不能“聽”!探測到了引力波,人類從此面對宇宙就不再是聾子了!


引力波將成為科學家進一步探索宇宙和發展科學理論的有力工具。利用進一步的更加高精度的觀測,科學家有望回答黑洞到底是什麼這個連愛因斯坦都非常困惑的”奇點“,能夠提供檢驗有些量子引力理論所需要的觀測數據,能夠幫助我們瞭解中子星的內部主要是由中子還是夸克組成的。


除了繼續利用LIGO這樣的儀器探測引力波之外,空間激光干涉引力波天文臺(比如歐洲的LISA項目、中國的太極和天琴計劃)將會“聽到”完全不同類型的黑洞撞擊併合所發出的引力波,這對於我們理解整個宇宙的結構形成和演化都會非常重要。而探測宇宙大爆炸前期的暴脹過程所產生的宇宙原初引力波(比如利用中國的“阿里”原初引力波探測計劃),將對於我們理解宇宙的起源起著不可替代的的作用。


此外,未來引力波天文學的一個極為重要的方向就是所謂的“多信使”天文學,也就是不但要“聽到”天體發出的美妙的引力波,我們也要“看到”這些天體的倩影!在這個方面,中國在太空和地面的天文望遠鏡都將能夠發揮重要的作用,比如我本人擔任首席科學家的慧眼HXMT天文衛星正在太空翱翔,時刻準備著“目睹”引力波發出的時候天體所發出的X射線和伽馬射線!

張雙南

2017年諾貝爾物理學獎授予了雷納-韋斯(Rainer Weiss),巴里-巴里什(Barry Clark Barish)和基普-索恩(Kip S Thome),以表彰他們對LIGO探測裝置的決定性貢獻以及探測到引力波的存在。

大部分中國人最早聽到“引力波”這個詞應該是在去年春節期間(2016年2月11日)。LIGO(美國引力波觀測站)當天宣佈人類首次探測到引力波。很多人雖然對引力波這個概念沒有感覺,但對“首次”卻很敏感。於是大家迅速被科普了這句話:“引力波的發現證明了愛因斯坦的廣義相對論是正確的”,至於為什麼這麼說,似乎沒有多少人關心。

那麼什麼是引力波?它和廣義相對論有什麼關係?1915年,愛因斯坦創立了廣義相對論,次年他老人家首次預言了引力輻射(引力波)的存在:當有質量的物體在空間的分佈發生一些特定的變化時,這種變化會引起時空的波動,並向外輻射能量,這就是引力波。因此引力波也叫時空的漣漪。

更加通俗的說法是:任何兩個物體之間都存在引力。引力的大小與物體的質量成正比,與距離平方成反比。如何理解兩個天體之間的引力?愛因斯坦的廣義相對論把引力歸咎為時空的彎曲。何謂時空彎曲?我們可以把時空形象地簡化為一張蹦床。沒有任何擾動時,蹦床(時空)是平坦的。如果上去一個人,蹦床(時空)就會發生彎曲。上去的人越胖,蹦床(時空)彎曲得越厲害。可是對於蹦床上的微小生物(類比於宇宙中的人類)來說,由於它們隨著蹦床一起彎曲,而且這種彎曲實在是太微小了,所以他們(我們)根本無法感知這種彎曲。如果蹦床上的人跳起來,蹦床(時空)就會開始震動,這種震動就是引力波。如果還不明白的話,不妨想想把一個石頭丟進水中時,水面的漣漪。

2015年9月14日LIGO首次觀測到的引力波來自於13億年前兩個黑洞的合併。兩個分別為36和29個太陽質量的黑洞,併合成為62個太陽質量黑洞,雙黑洞併合最後時刻所輻射的引力波的峰值強度比整個可觀測宇宙的電磁輻射強度還要高十倍以上。不過這一事件的發生地離地球實在是太遙遠了,在LIGO長度為4公里的探測器上,引力波引起了0.000000000000000001米的變化。這種變化非常非常的小,相當於氫原子核的千分之一。這也是為什麼LIGO運行了那麼多年直到它2015年升級改造,測量精度大幅提高後終於認出了引力波。

引力波在時空中大量存在,對於人類幾乎沒有任何影響。引力波的研究目前也還沒有任何實際的用途,但是它為人類進一步瞭解宇宙打開了一扇新的窗戶。正如基普-索恩所說:“通過這項發現,我們人類開啟了一場波瀾壯闊的新旅程:一場對於探索宇宙那彎曲的一面(從彎曲時空而產生的事物和現象)的旅程。黑洞的碰撞和引力波的觀測正是這個旅程中第一個完美的範例。”

於此同時,我們不要忘了1887年,赫茲發現電磁波後,在他發表文章的結語處寫道“我不認為我發現的無線電磁波會有任何實際用途”。當年被赫茲認為不會有任何實際用途的電磁波如今徹底改變了我們的生活。

引力波的發現之所以這麼快就獲得了諾貝爾物理學獎是因為:“人類一直在尋找另一種光,一旦找到,意味著人類從此有了第六感,就像有了超能力,用一雙天眼飽覽神秘宇宙中無盡的奧妙。現在,我們,找到了!”


魏紅祥博士

LIGO的引力波探測毫無懸念地摘得了今年的諾貝爾物理學獎。那這個所謂的引力波到底是個什麼東西呢。 我來試著用完全針對非物理專業的語言解釋一下。

首先,如果想通俗的理解引力波,我們需要先回溯一下引力的概念。 在現代物理學的歷史中,人們對引力的理解總共有兩次巨大的突破。一次是牛頓的萬有引力學說,它認識到一切有質量的物體都可以對周圍的事物產生吸引作用。這個吸引作用隨著距離的平方逐漸衰減。天上的天體由於受到附近大質量天體的吸引而做著圓錐曲線運動。這個簡單的模型將天體的運動規律收納到了牛頓力學的框架中,在那個宗教盛行的年代把天與地的規律統一在一起。

但隨著近代測量科學精度的提高。人們開始注意到牛頓引力並不能對觀察結果做到百分百準確的預言(比如對水星軌道的進動)。在上個世紀初,阿爾伯特愛因斯坦帶來了引力理論的第二次巨大突破。這個新的理論叫做廣義相對論。在這個框架之下,質量(和能量)會直接扭曲掉周圍的時空。天體在被扭曲的時空中其實做的是最接近直線的運動。但這樣的直線運動在我們的直觀感受中卻會感覺好像是做曲線運動一樣。(如果不好理解,請想象一條從北京飛到紐約的飛機航線,這條航線走的是球面上的一條“直線”,但如果我們把這條航線畫在平面世界地圖上的話,它確是曲線。)

這個廣義相對論雖然可能離我們的直觀更遠一些。但它所能預言的實驗精度卻遠超牛頓引力。而且它的數學更和諧,同時與物理學的另一個重要理論--經典電磁學理論自洽。(牛頓體系卻會與經典電磁學產生一些內在矛盾。)所以到現在廣義相對論已經是物理學家公認的目前為止解釋引力的最標準理論。

自然的,如果大質量天體可以扭曲時空。那麼運動的大質量天體是不是可以動態的扭曲時空。從而使得時空就好像水面一樣被不停攪動呢?

理論上是可以的。這樣的攪動我們就稱為叫做引力波。它是由於大質量天體的運動導致的時空曲率的漲落。

實驗上呢?以前一直是不行的。因為引力實在是太弱了。比電磁力弱了10的36次方倍!

但LIGO做到了,他們利用了長達數公里的激光干涉儀,測量兩個中子星互相盤旋互相吞噬成黑洞這樣的極度劇烈的天體運動,終於第一次得到了比較受公認的引力波觀測結果。所以這個諾獎真是幾乎毫無爭議的。


低熵製造機

簡單來說,引力波是由物體在空間中加速運動產生的時空漣漪。為了解引力波究竟是什麼,我們先要了解引力的作用方式。牛頓的萬有引力定律告訴我們,萬物之間都存在著一種互相吸引力。然而,這樣的描述只是一種表面現象,而非引力的本質。愛因斯坦的廣義相對論告訴我們,引力其實是一種時空幾何效應,由物體彎曲時空所產生的。只要物體具有質量,它就能夠扭曲時空,並且時空的彎曲程度(或者說時空曲率)與物體的質量呈正相關。廣義相對論對引力作用的描述已經得到了諸多實驗的證實,其中包括水星近日點進動、星光偏轉、引力時間膨脹效應等等。

引力波也是廣義相對論的一大預言,但一直以來沒有被直接探測到。廣義相對論預言,當物體在空間中加速運動時,將引發時空曲率不斷改變,從而產生以光速傳播的引力波。這就像在平靜的水面上扔進一塊石頭,水面將會泛起漣漪,並向四周傳播。

事實上,我們在地球上的任何活動,比如走路或者開車,都能引發時空漣漪,產生引力波。然而,這種效應十分微弱,遠在儀器所能探測的範圍之外,就連行星在太空中圍繞恆星運動也是如此。只有一些宇宙級別的大事件才能釋放出可探測的引力波,比如兩個黑洞發生碰撞。但這些事件一般較為罕見,並且如果距離很遠,探測引力波的儀器還需要極高的靈敏度。正因為如此,人類才一直從未檢測到引力波。

直到去年年初,激光干涉引力波天文臺(LIGO)團隊宣佈,他們首次直接探測到由13億光年之外的黑洞碰撞所產生的引力波。引力波的發現宣告廣義相對論的幾大預言均被證實,打開了引力波天文學的新大門,對於揭開宇宙的諸多未解之謎具有重大意義。在目前在世的物理學家中,有三位對引力波探測做出重大貢獻,他們分別是麻省理工學院的雷納·韋斯、加州理工學院的基普·索恩(《星際穿越》的劇本初稿作者以及科學顧問)和巴里·巴里什,所以這三位物理學家共同獲得了今年的諾貝爾物理學獎。


火星一號

引力波其實一直在我們身邊。

我們看見屏幕上的字和圖是因為屏幕發出的到達了我們的眼睛,眼睛看到的光是一種電磁波。電磁波是跟電荷(比如電子、質子等帶電粒子)對應的,當一個帶電粒子改變運動狀態的時候,就會發出電磁波。類似地,引力波是跟質量對應的,當一個有

質量的物體改變運動狀態的時候,就會發出引力波

當你舉起手機或者從椅子上站起來,這些動作都伴隨著引力波,只不過因為引力波的大小與質量大小有關,即使是我們人類當中質量比較大的人所發出的引力波,目前的探測儀器也無法測量出來。就好比地震儀是很精密的儀器,可以測量出在其他國家進行的核試驗,但是你在中國打個噴嚏,位於美國的地震儀不能定位出來,因為核彈爆炸的威力比打噴嚏可是大的多得多了。

同樣的,科學家們並沒有因為引力波很弱、很難測量就放棄,而是想辦法找大質量大威力的東西去測,比如黑洞。

當兩個黑洞互相繞著轉圈的時候,它們的運動狀態會一直改變,甚至會合二為一。黑洞的質量比太陽還大很多,所以當兩個黑洞共舞並最終合二為一,會產生我們能測量到的引力波。

為了測量引力波,科學家們付出了數十年的努力,修建了幾公里大小的儀器,其中之一叫做LIGO(Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory,激光干涉引力波天文臺)。

上圖:位於美國路易斯安那州利文斯頓的LIGO觀測臺。下圖:位於美國華盛頓州漢福德的LIGO觀測臺。

LIGO通過兩束激光(電磁波)互相干涉的方法測量黑洞合併產生時空漣漪(引力波),是人類認識宇宙的新媒介。所以這次的諾貝爾物理學獎頒給了雷納·韋斯(上圖左)、巴里·巴里什(中)和基普·索恩(右),以表彰他們在LIGO探測器和引力波觀測中所做的決定性貢獻(“for decisive contributions to the LIGO detector and the observation of gravitational waves")。

上圖:兩個黑洞互相繞轉產生引力波的示意圖,下圖:LIGO漢福德觀測臺探測到的由29個太陽質量和36個太陽質量的兩個黑洞合併產生的引力波事件,在不到一秒的時間內發射的能量相當於3個太陽質量的物質。目前只有如此威力巨大的事件才能被我們的儀器所探測到。

有人問引力波的發現和愛因斯坦的關係。如果把科學想象成一種語言,天文學家和物理學家在大學和研究生時對科學這種語言進行了系統的學習,愛因斯坦的相對論是其中一門關鍵課程。如果一個熟讀莎士比亞/李白的人獲得了諾貝爾文學獎,那麼是不是說明了莎士比亞/李白的卓越,說明英語/漢語是一種偉大的語言呢?現在,引力波的發現獲得了諾貝爾物理學獎,難道不是愛因斯坦廣義相對論的又一次勝利麼?

關於引力波對人類的意義,請參考“引力波是什麼東西?對人類有什麼影響?”中喬小海的回答

https://www.wukong.com/question/6375951276231885058/

宇宙浩瀚無垠,個人水平有限,圖片來自網絡。如有疏漏,請多指教。


喬小海

LIGO激光干涉引力波探測器是目前地球上長度最長的地面引力波探測裝置。除了LIGO,在歐洲還有Virgo,在日本還有KAGRA等規模小一些的地面引力波探測激光干涉儀,而且印度也將投資建設LIGO-India地面引力波探測激光干涉儀。

這些引力波探測器都將探測到引力波。

那麼,引力波到底是什麼呢?

其實很簡單,時空的扭曲振動會產生引力波,正如一塊鋼板的振動會發出聲音一樣,時空的扭曲振動當然要發出“聲音”——這就是引力波。

在LIGO的探測精度內,大概有四個過程可以探測到引力波,第一種情況是緻密雙星的合併過程中發出的引力波,比如1到100個太陽質量的緻密天體(如中子星,黑洞)之間的合併過程就發出這個頻段的引力波信號;第二種情況是中子星的自轉,當一箇中子星的質量分佈不對稱的時候,它有一個隨時間變化的四極矩,這個時候也會輻射出這個頻段的引力波;第三種情況就是burst過程,就是一些短期的爆發源,比如超新星爆炸過程,時間很短,其引力波信號也很不規則,其頻率也在LIGO引力波探測器的探測範圍內;第四種情況就在宇宙學方面,早期的宇宙大爆炸會有隨機的引力波背景,這個極早期的漲落現在比較難探測,但也在LIGO引力波探測器的探測範圍內。

當然了,引力波的探測是很難的。所以才會得諾貝爾獎。

當然,要聽到時空的聲音是很難的,引力波是很難探測到的,有一個廣義相對論專家叫 Bernard Schutz。他曾在北京大學做學術報告時發表感慨說:"我們花了幾十億美元找引力波,還是沒找到,有時候我晚上睡覺想想,我怎麼能和老婆睡自己床上呢?我他媽的應該睡監獄裡啊。"

引力波給了我們一種探測宇宙的新手段,以前我們只能用電磁波,現在可以用引力波了。


瀟軒

悟空問答的網友大家好。美國麻省理工大學教授雷納-韋斯(Rainer Weiss),加州理工學院教授巴里-巴里什(Barry C. Barish)和基普-索恩(Kip S. Thorne)三位科學家因為發起並領導Ligo(激光干涉引力波天文臺)項目,並在將理論及實驗物理學應用於宇宙研究領域做出的貢獻而受到表彰。

諾貝爾大會對於引力波的發現這樣評價:“2015年9月14日,人類歷史上第一次探測到引力波。愛因斯坦在100年前預測了引力波,是由兩個黑洞在合併時產生的。引力波抵達美國Ligo天文臺需要經歷13億光年。”

在宇宙誕生之初,還沒有光的時候,就已經有引力波了,所以發現引力波,就可以研究宇宙最初期的物質形態。

愛因斯坦在廣義相對論中這樣描述引力波:“引力波以光速迅速擴散,充滿整個宇宙。”他解釋道,引力波產生於巨大的加速中,比如冰上運動員做單腳旋轉,或者兩個黑洞交替旋轉時。不過愛因斯坦認為,引力波是永遠無法測量的。而藉助於Ligo巨大的激光探測儀,它們能在引力波經過地球的時候,測出比原子核千分之一還小的微量變化。

Ligo作為引力波目前最為靈敏的觀測項目,由全世界20多個國家超過1000名科研工作者共同完成,並且實現了人類半個世紀的目標——探測引力波。而此次獲獎的三位科學家在領導引力波項目的實現過程中,功不可沒。

不過可惜的是,引力波探測的先驅、Ligo創始人之一的加州理工學院教授羅納德-德雷福(Ronald W.P. Drever)今年3月在愛丁堡辭世,享年85歲,未能等到這一科學界的最高獎項。德雷福設計並實現的Ligo干涉儀對於探測引力波所需的極度靈敏條件至關重要。

然而,發現引力波只是引力波天文學的開端,它為觀察宇宙打開了一扇新的窗。更重要的是之後的物理學。目前發現的都是雙黑洞合併的信號,還有比如雙中子星、銀河系內中子星的信號和其它未知的信號,以後的新發現都會為理解宇宙提供新的方法和證據。

這意味著,當引力波抵達地球的時候,是非常非常微弱的,但是對人類天體物理學的變革產生積極意義。引力波為人類觀察宇宙中最為激烈的天文活動提供了全新的方式,並且考驗著人類的認知極限。

正如Weiss教授在接到諾貝爾大會電話時所強調的:“引力波並不是三個人的研究成果,而是一個千人團隊才能完成的項目。我們為此努力了整整四十年!”

Weiss教授和已經辭世的Drever教授是Ligo團隊中的關鍵核心人物,他們是Ligo的發起者。1964年,Weiss加入麻省理工學院物理系時,Ligo只是他設計的廣義相對論課程的一項課堂練習。1975年,Weiss教授認識了加州理工大學的物理學家Thorne教授。

Thorne教授是著名的理論學家,研究重點是引力物理和天體物理學,側重於相對論恆星、黑洞和引力波。30年來他一直在推崇Ligo項目,與Weiss教授和Drever教授密切合作,為探測引力波提出新的技術和思路。他還是好萊塢影片《星際穿越》的執行製片人和科學顧問。

Barish教授對於粒子物理學的大型項目有著豐富的經驗,他曾經擔任Ligo項目的首席科學家,具體協調了Ligo項目的發展以及設備的建造和實施,使得Ligo成為了一個“大科學”項目。

目前,科學家通常用宇宙射線或者中微子等電磁輻射和粒子來探索宇宙,引力波作為探測時空本身的直接手段,為人們打開了觀測看不見的世界的新方法。利用這種方法,科學家能夠捕捉到引力波並將其翻譯成有效信息,帶給人類更多驚喜的發現。


Teku特酷

百年前,愛因斯坦將引力波作為他的廣義相對論的一部分。直到LIGO的檢測,引力波一直是沒有實驗證實的廣義相對論的一個預測。因此,引力波的探測完全證明了一般的相對論的正確性。

但這不僅僅是關於這個理論。它為我們瞭解世界和宇宙提供了一種新的方式。由於他們要遠程旅行到達我們,所以引力波非常弱,但在另一邊的硬幣是波浪幫助我們觀察比我們目前的技術更深刻的宇宙。我們的宇宙經歷了大膨脹, 是由95%的黑暗能量和暗物質組成。掌握引力波探測,測量和分析,我們就將有更大的機會研究我們所認識的宇宙的形成和發展。

引力波探測本身也非常重要。這可以類比電磁波的發現。赫茲在1888年的實驗結論中證實了電磁波的存在,現在不同頻段的電磁波已被廣泛應用於我們的生活。未來,引力波可能有廣泛的應用,有利於我們的生活。引力波研究剛剛開始,中國有充分的理由掌握引力波探測。

但僅僅用引力波研究的重要性來說明其獲得諾獎的必然性這可不夠。重要的研究可多去了。取得進展的研究也多去了。引力波作為一項重要的研究,之所以獲得了諾獎,還因為如下原因:

1. 它是基礎的方向性的研究,具有在科學上劃時代的意義,將來會有無數研究奠基於今日引力波探測研究的基礎上。這正是諾獎的自然科學獎項要優先表彰的。

2. 很多重要的研究需要加以時日才能證明其重要性,比如這次獲得化學獎的冷凍電鏡。但引力波研究不同,從開始建造引力波探測設備起,全世界的學界就對此給予了很大關注,即使當時的中國(1970\\1980年代)還不具有如此實力,但在理論上也進行了跟進,因為大名鼎鼎的廣義相對論已經早在多年前,在引力波探測的研究正式啟動前,就為其研究奠定了合法性。

3. 引力波的探測,包括Ligo的建設和運行,已經經歷了幾十年。各種bug不停地被修正。雖然近來爆發了有關LIGO探測結果可靠性的爭議,但在大方向上這一研究不會有錯誤。這也是諾獎委員會能放心大膽地把物理獎頒給在引力波探測中發揮核心作用的幾位科學家的原因。


科學時評

引力波在天體物理學中是指時空因為某個事件所產生的漣漪,以波的形式從源向外傳播,這就是引力波。引力波的產生是有質量轉化的,比如消耗多少個太陽質量可形成多強的引力波。為什麼發現引力波就能獲得諾貝爾獎,這是因為引力波在1916年就已經被預言出來,只不過過去沒有人能夠直接找到其證據,同時引力波也只符合愛因斯坦的時空理論,與經典的牛頓力學是不兼容的,因此如果發現引力波,就意味著牛頓力學的適用範圍沒有相對論更大,也間接證明愛因斯坦的偉大之處。

一個百年前的預言,直到今天才發現,更能體現其發現意義。2015年第一次發現引力波之後,使用更多的探測器來探測同一引力波源對愛因斯坦的廣義相對論進行更詳細的檢驗就成了一種趨勢。LIGO實驗室、加州理工學院等都是引力波研究的前沿機構,還有意大利的處女座探測器等。LIGO實驗室和處女座探測器合作探測是我們向引力波的宇宙邁進一步,處女座探測器強大的探測能力能夠更好地定位引力波源,這無疑將導致未來令人興奮和意想不到的結果。

引力波的研究證明了世界科學團隊和干涉科學的日益增長的能力。幾十年來,引力波的存在僅僅是一種理論;到了世紀之交,所有試圖探測引力波的嘗試都一無所獲,因此這次引力波發現獲得諾貝爾獎也是板上釘釘的事,如此偉大的里程碑事件,被選上諾貝爾獎也是必然的事。


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