回顾:人类寻找引力波的百年之路

回顾:人类寻找引力波的百年之路

金投热点网(news.cngold.org)2月12日讯

北京时间2016年2月11日23:40左右,激光干涉引力波天文台(LIGO)在发布会上宣布,LIGO于2015年9月发现了遥远星系中两个黑洞发生并合所产生的引力波信号。在爱因斯坦广义相对论百年之际,这一发现更有里程碑般的意义。在这个特殊时刻,我们用六张图带你了解引力波的提出与寻找史:

1916年6月:爱因斯坦预言时空会产生涟漪

SCIENCE PHOTO LIBRARY

爱因斯坦提出的广义相对论认为,引力是大质量天体对周围时空产生的扭曲。在提出广义相对论的一年之后,他提出,一个大质量物体在发生摇晃时,会在周围的时空中产生“涟漪”,即引力波(gravitational wave),并以光速向四周传播。引力波到底是真实的存在,还是人造的数学概念,他和其他物理学家立刻展开了争论,爱因斯坦在此过程中也摇摆不定,数次改变主意。

1969年6月:无法重复的“首次发现”

VOLKER STEGER/SCIENCE PHOTO LIBRARY

1969年,马里兰大学帕克分校的物理学家约瑟夫·韦伯(Joseph Weber)宣称用自制的仪器发现了引力波。仪器的主要部分是一个大块的铝制圆柱体,长2米,直径为1米,设计者认为,当引力波穿过这个大铝块时,铝块就会发出振动,从而被探测到。然而,他的实验结果从未被其他人重复出来。除了他自己,没有人相信他真的找到了引力波。尽管如此,他的工作仍然给了该领域的其他科学家很多参考。

1974年:双中子星的发现带来新希望

1974年,马萨诸塞大学阿默斯特分校的约瑟夫·泰勒(Joseph Taylor)及其研究生拉塞尔·赫尔斯(Russell Hulse)发现了已知的首个脉冲双星,被命名为PSR B1913+16(上图是艺术家对其的描绘)。它包含两个中子星,在互相绕转的同时逐渐向内接近,根据爱因斯坦的理论,这是因为中子星运动的过程中向外发出引力波,不断损失能量,因此轨道半径减小,而该中子星螺旋向内运动的速率与广义相对论所预言的完全相同。该发现因此被视为对引力波的间接验证,赫尔斯与泰勒也获得了1993年的诺贝尔奖,“因其发现一种新类型的脉冲星,为引力的研究打开了新的窗口”。

1990年:LIGO开始建设

LIGO Laboratory

当麻省理工学院和加州理工学院的科学家计划用激光干涉的方法来寻找引力波时,很多研究者是极力反对的。反对者担心这会让大量资金打了水漂——建造这类探测器需要极大的投入,但可能什么都找不到。然而,美国国家科学基金会(NSF)最终于1990年批准了激光干涉引力波天文台(LIGO)的建造,并在1992年确定了两座探测器的选址:华盛顿州的汉福德和路易斯安那州的利文斯顿。探测器的建设于1999年完工,并于2001年开始收集数据。然而,之后的9年内,LIGO什么都没有找到,而它也于2010年被关闭,等待升级重启。

2014年3月:原初引力波得而复失

Steffen Richter/ Harvard University

2014年,位于南极的BICEP2设备宣称他们观测到了另一种引力波的存在证据。研究者称,他们发现了“B模”信号,这是一种微弱的微波信号,可能来自于宇宙大爆炸时产生的原初引力波。然而,后续分析表明他们的“发现”只是一个误差,来自于我们银河系以内的星际尘埃。

2015年9月:高级LIGO

LIGO Laboratory

在2010年关闭并开始升级的LIGO最终于去年9月重启。升级后的高级LIGO探测引力波的能力大大提升,并在刚刚开始运行的阶段就找到了来自两个正在并合的黑洞所产生的引力波,给一个世纪之久的引力波搜寻历史画上了圆满的句号。高级LIGO已经于2016年1月结束了第一轮数据采集,之后它将继续升级,并与欧洲的高级Virgo等设备联合观测。

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