科學家發現引力波,圓滿了愛因斯坦廣義相對論,它的意義非凡

2020-12-04 探索宇宙萬物

人類進入科技發展的道路之後,出現了一些偉大的科學家,其中愛因斯坦就是最偉大的物理學家之一。愛因斯坦最偉大的成就就是相對論的提出,尤中廣義相對論是人類探索宇宙重要的指引。

不過,愛因斯坦的廣義相對論並不完整,它還缺乏一個重要的東西,那就是引力波。在物理學中,引力波是指時空彎曲中的漣漪,通過波的形式從輻射源向外傳播,這種波以引力輻射的形式傳輸能量。

在1916年,愛因斯坦基於廣義相對論預言了引力波的存在,可是由於當時條件的限制,人們沒有辦法在宇宙中發現引力波的存在,很長一段時間,它一直都是理論預言中存在的事物。

在愛因斯坦的廣義相對論中,引力被認為是時空彎曲的一種效應。這種彎曲是因為質量的存在而導致。通常而言,在一個給定的體積內,包含的質量越大,那麼在這個體積邊界處所導致的時空曲率越大。當一個有質量的物體在時空當中運動的時候,曲率變化反應了這些物體的位置變化。在某些特定環境之下,加速物體能夠對這個曲率產生變化,並且能夠以波的形式向外以光速傳播。

可能很多朋友對於引力波還是不理解,我們舉一個很簡單的例子你就明白了。相信很多朋友都玩過向水面上扔石頭的遊戲,當我們向平靜的水面扔一塊石頭,你會發現以石頭落入水的位置為源點,產生一圈一圈的水紋向四周擴散,這是水波。

事實上,引力波跟水波有點類似,如果我們將宇宙看成是廣闊的水面,而天體就是落入水中的石子,那麼當天體在撞擊宇宙這個水面的時候就會產生向四周擴散的波紋,這個波紋就是引力波。

引力波看上去簡單,其實它放在宇宙中是非常複雜的存在,想要探測到引力波可不是件容易的事,愛因斯坦雖然預言了引力波的存在,但是卻沒有享受到發現引力波的激動。

直到進入了現代,科技有了快速的發展,有了更先進的探測儀器,科學家才在宇宙中發現了引力波。2015年12月26日,位於美國漢福德區和路易斯安那州的利文斯頓的兩臺引力波探測器同時探測到了一個引力波信號;這是繼 LIGO 2015年9月14日探測到首個引力波信號之後,人類探測到的第二個引力波信號。

2017年10月16日,全球多國科學家同步舉行新聞發布會,宣布人類第一次直接探測到來自雙中子星合併的引力波,並同時「看到」這一壯觀宇宙事件發出的電磁信號。

科學家終於發現了引力波的存在,再一次讓人們看到了愛因斯坦的偉大,它的預言一次次被證實,這是多麼了不起的科學家。引力波的發現,成功圓滿了愛因斯坦的廣義相對論,對於人類來說它有著非凡的意義。那麼引力波究竟有什麼樣的意義?

引力波解釋起來很簡單,可是它在宇宙中卻是一個非常複雜的系統。引力波在宇宙中應該是一種普遍的存在,可是由於引力波都比較弱小,沒有靈敏的儀器是很難探測到的。人類現在的引力波探測儀也只能夠探測一些大質量天體造成的引力波,比如黑洞,中子星等這樣的天體。

一般像恆星,行星等這樣的天體有可能也會產生微弱的引力波,但由於太弱,我們的儀器還不夠先進,所以無法探測到它們。引力波是時空的漣漪,它的一個重要的應用就是探測一些神秘未知的天體。

宇宙中有數不盡的各類天體,大部分天體可以通過天文望遠鏡探測到,但是也有一些特殊神秘的天體,不管是射電望遠鏡還是其它的天文望遠鏡都無法探測到,而利用引力波製造的探測器卻可以發現這樣的天體。之所以會這樣,主要跟引力波有兩個非常獨特的性質有關。

第一:不需要任何的物質存在於引力波源周圍。這時就不會有電磁輻射產生。第二:引力波能夠幾乎不受阻擋的穿過行進途中的天體。比如,來自於遙遠恆星的光會被星際介質所遮擋,引力波能夠不受阻礙的穿過。這兩個特徵允許引力波攜帶有更多的之前從未被觀測過的天文現象信息。

由此可見,引力波在宇宙中非常重要,它對於人類了解宇宙,探索宇宙有著重要的意義。科學家也在積極製造相關的引力波天文望遠鏡,通過它可以發現宇宙中隱藏的未知天體,也可以發現宇宙中更多的信息。

當然,人類對於引力波的研究探索還處於起步階段,更多有關引力波的奧秘還需要科學家在未來不斷探索和研究。

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    作者:文/犇犇奇思妙想早在1916年,愛因斯坦就基於廣義相對論預言了宇宙中存在引力波。那麼,什麼是引力波呢?它是指物體加速運動時產生的引力輻射。當大質量的天體發生碰撞,或者超新星爆發,亦或者兩個黑洞發生碰撞時,就會產生強大的引力波。也就是說,只有較大的天體發生宇宙極端事件時,才會發出較為容易探測的引力波。因此,長久以來,引力波仍然是一個推測。直到2016年,LIGO科學組織和Virgo團隊才利用高級探測器,首次探測到了雙黑洞合併時產生的引力波信號,也證實了愛因斯坦關於引力波預言的正確性。
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    2015年9月14日,我們首次認識到合併黑洞產生的引力波,從而使我們對世界的了解永遠改變了。自那次事件以來,已經看到了約60個額外的引力波信號,不僅包括合併黑洞,還包括合併中子星。過去五年來,愛因斯坦從未有過的驗證,證明了廣義相對論的許多預測都是正確的。在接下來的幾年中,引力波將有前所未有的機會對我們的引力理論進行前所未有的檢驗。
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