時空漣漪

江旅冰

人類將來有一天或許需要離開地球。在茫茫宇宙中尋找新家園，引力波的發(fā)現(xiàn)很可能就是人類真正認(rèn)識并走向宇宙的里程碑。

從廣義相對論到引力波

一般科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程是人們在生活或?qū)嶒?yàn)中感知了某種物理現(xiàn)象，再去嘗試著進(jìn)行理論認(rèn)識，而引力波卻是愛因斯坦基于廣義相對論預(yù)言了其存在，一百多年來人們不斷地通過實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證、探究，并尋找的一種現(xiàn)象。

1916年，愛因斯坦提出，物體的加速運(yùn)動會產(chǎn)生引力波，引力波就像我們?nèi)舆M(jìn)池塘里的一塊石頭引起的水波一樣，從源頭向外以光速傳播，擾動著它們所經(jīng)過的每一點(diǎn)空間，這些波在向外傳播的過程中，會使得它們經(jīng)過的空間和時間都發(fā)生變動。如果這些引力波經(jīng)過地球，地球也會發(fā)生細(xì)微的形變。引力波擾動幅度十分微小，就像水里的波紋一樣。因而被人們形象地稱為“時空漣漪”。

引力波的本質(zhì)是什么呢？假如我們在一張蹦床上放置一個質(zhì)量很大的物體。蹦床會產(chǎn)生凹陷，而隨著蹦床的凹陷，蹦床上的其他物體就會向凹陷處移動。這就是引力波產(chǎn)生的基本原理。

理論上，任何質(zhì)量的物體加速運(yùn)動都會產(chǎn)生引力波，但是由于引力波的效應(yīng)非常微弱，只有天文級別的天體發(fā)生諸如劇烈加速這樣的運(yùn)動時產(chǎn)生的引力波，才有可能被我們探測到。在愛因斯坦提出引力波理論近100年之后，科學(xué)家們才首次探測到兩個黑洞合并時所產(chǎn)生的引力波。

從“時空漣漪”到宇宙新視窗

引力波在天文學(xué)研究中具有重要意義。南于引力波在傳播過程中，基本上不會被吸收、散射、屏蔽，故它可以將觀測領(lǐng)域擴(kuò)大到被宇宙塵埃弄暗或被其他物質(zhì)屏蔽的宇宙區(qū)域，能向我們提供宇宙深處的信息。引力波的強(qiáng)度很弱，因此能被探測到的引力波一般產(chǎn)生在超大質(zhì)量天體的行為事件中，例如超新星爆發(fā)、雙星合并、黑洞擾動等，這對我們研究超大質(zhì)量天體的運(yùn)行具有重要意義。將來。一旦我們發(fā)現(xiàn)了宇宙大爆炸時期的引力波。就有可能揭開宇宙的很多謎團(tuán)。

各種各樣的引力波探測器正在建造或者運(yùn)行當(dāng)中，比如高新激光干涉引力波天文臺從2015年9月份就開始運(yùn)行觀測，在2016年2月11日，該天文臺已經(jīng)首次探測到了來自雙黑洞合并的引力波信號。2023年，中國科學(xué)院國家天文臺等單位科研人員組成的中國脈沖星測時陣列研究團(tuán)隊利用“中國天眼”，探測到納赫茲引力波存在的關(guān)鍵性證據(jù)，表明我國納赫茲引力波研究已與國際同步，達(dá)到了領(lǐng)先水平。