10月3日上午,諾貝爾委員會宣布將2017年諾貝爾物理學獎授予美國麻省理工學院教授雷納·韋斯(Rainer Weiss)、加州理工學院教授巴里·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,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發(fā)現(xiàn)和成果一般都會經過幾十年時間和其他無數(shù)研究結果的驗證,但是,為何引力波一經發(fā)現(xiàn),就在兩年后獲得了諾貝爾獎呢?這既與LIGO團隊多次成功探測到引力波事件(4次確信,1次疑似)有關,也與諾貝爾委員會的理解有關,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。時間和空間會在質量面前彎曲,時空在伸展和壓縮的過程中,會產生振動傳播開來,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會引力物理研究所LIGO團隊的科學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。他們認為,探測到的是由黑洞合并產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量約為太陽質量的49倍,介于前兩次探測到的黑洞質量之間(前兩次并合黑洞質量分別為太陽質量的62倍和21倍),進一步證實了大于20個太陽質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。
由于有這幾次反復發(fā)現(xiàn)引力波,引力波獲得了一定程度的重復驗證,這是證明科學發(fā)現(xiàn)的必要條件和必經程序,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)的科學家的主要原因。但是,在未來也許還需要由其他科研團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世界迥然不同。因此,發(fā)現(xiàn)引力波意味著人類對物質世界的探索才剛剛開始,正如電磁波望遠鏡可以充當人類的眼睛一樣,引力波探測器可以充當人類的耳朵,有了它們意味著人類有了第六感覺。
更重要的是,由于引力波是物質運動變化時引發(fā)的時空彎曲,因此引力波與暗物質和暗能量有關。根據(jù)計算,要保持現(xiàn)在宇宙的運行秩序,需要暗物質的存在,而且暗物質的質量必須5倍于我們現(xiàn)在看到的物質。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年前就預言有引力波存在的愛因斯坦認為,世間有兩樣東西是無邊無際的: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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