顛覆宇宙觀:神秘的引力波終於找到了!

2020-11-23 驅動之家

愛因斯坦在相對論中提出了眾多理論，已經逐一得到了驗證，但是廣義相對論中的引力波(重力波/Gravitational wave)卻一直是個謎，科學家為了發現它窮盡了精力。

現在，曙光終於出現了！據香港《文匯報》報導，美國亞利桑那州立大學收到可靠證據稱，美國的雷射幹涉引力波觀測站(LIGO)已經成功偵測引力波！

目前，LIGO研究團隊正收集數據，撰寫報告，不日就將公布這一驚人發現。

若傳聞屬實，廣義相對論裡這一最重要的預測在提出整整100年後將得以證實，讓人類可以進一步揭開宇宙奧秘，成為宇宙暴脹和大爆炸理論的強烈證據，大大促進人類宇宙觀的發展。

愛因斯坦在廣義相對論提出，物質在時空中運動時，附近的曲率會隨之改變。如果是大質量物體運動，例如兩個黑洞碰撞，所產生的曲率變化會像波一樣向外傳播，導致時空壓縮、伸展，這就是引力波。

引力波現象是廣義相對論的局域洛倫茲共變性的結果之一，因為它限制了相互作用的傳播速度。相反，牛頓引力理論中的相互作用都以無限的速度傳播，所以在這一理論下並不存在引力波。

理論上可以被探測到的引力波射源包括由白矮星、中子星或黑洞組成的聯星系統，不過引力波的能量極其微弱，傳到地球時已經幾乎消失，再加上地球上的各種通信幹擾來源眾多，要在找到引力波的蹤影，比大海撈針還要難得多。

LIGO團隊在美國首都華盛頓及路易斯安那州各安裝了一塊巨型鏡片，再發射雷射，讓光束在兩塊鏡片之間往來穿梭，進而檢測光束內的信號幹擾，藉此尋找引力波。

在此之前，科學家已通過各種間接方法發現了引力波的證據。例如，拉塞爾·赫爾斯和約瑟夫·泰勒發現赫爾斯－泰勒脈衝雙星在互相公轉時逐漸靠近，這為引力波的存在提供了證據，兩人因這項發現於1993年獲得了諾貝爾物理學獎。

2014年3月17日，哈佛－史密松天體物理中心的天文學家宣布利用BICEP2探測器在宇宙微波背景中觀測到引力波的效應，但在後來的分析驗證中發現無法排除星際塵埃的可能。


引力波——時空的波紋（示意圖）


宇宙歷史：根據推測，大爆炸剛發生後的超光速暴漲過程產生了引力波


雙星系統繞質心運動的示意圖：牛頓力學中這個軌道總是穩定的，但在相對論力學下引力輻射會造成軌道的緩慢收縮


線性偏振引力波


雷射幹涉空間天線示意圖

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