中外同時公布引力波新發現 科學意義有多大?

這張由美國國家科學基金會、美國﹃雷射幹涉引力波天文臺﹄、索諾瑪州立大學和A. Simonnet提供的效果圖顯示的是兩個合併中的中子星。新華社發

【環球網軍事10月17日報導 環球時報特約記者 任 重 環球時報記者 李司坤】就在今年諾貝爾物理學獎被頒給現實中捕獲引力波的三位美國物理學家還餘波未息之時，引力波再次引發強烈關注——包括中國紫金山天文臺、美國國家航空航天局(NASA)、歐洲南方天文臺等全球數十家著名天文機構紛紛在北京時間16日晚10時發布重大消息：人類首次發現雙中子星併合引力波，同時探測到其電磁對應體。

重大消息？發現外星人了嗎

到底這一吊足全世界胃口的重大消息是什麼呢？據報導，北京時間10月16日晚10時，美國國家科學基金會召開新聞發布會，宣布雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)和室女座引力波天文臺(Virgo)於2017年8月17日首次發現雙中子星併合引力波事件，國際引力波電磁對應體觀測聯盟發現該引力波事件的電磁對應體。我國第一顆空間硬X射線調製望遠鏡「慧眼」在引力波事件發生時成功監測了引力波源所在的天區，對其伽馬射線電磁對應體(簡稱引力波閃)在高能區的輻射性質給出了嚴格的限制，為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機製做出了重要貢獻，相關探測結果發表在報告此次歷史性發現的研究論文中。

中國南極天文研究中心主任、中國科學院紫金山天文臺研究員王力帆介紹稱，自北京時間2017年8月18日21時10分起，即距離引力波事件發生24小時後，中國南極巡天望遠鏡AST3合作團隊利用正在中國南極崑崙站運行的第2臺望遠鏡AST3-2，對引力波事件開展了有效觀測，此次觀測持續到8月28日，獲得大量重要數據，並探測到此次引力波事件的光學信號。

什麼是引力波

「德國之聲」的文章說，在廣義相對論中，引力可以用時空彎曲來解釋。假設時空就是一張蹦床：一個網球放在蹦床上，它只會靜靜地停在那裡;而如果此時在蹦床上坐著一個人，蹦床就會向下凹陷，網球則會滾向凹陷處，而且越是離得近，滾得越快。網球被這處凹陷「吸引」了。坐在蹦床上的人體重越大，凹陷就越明顯，網球就越容易滾向凹陷。

同理，在時空中，引起改變的那個物體質量越大，時空彎曲程度就越明顯，產生的「引力」也更大。而在那個人坐上蹦床的那一瞬，蹦床的彎曲會從凹陷中心處向外擴散;此時，如果用高速攝影機觀測、並回放慢鏡頭，會發現這一擴散過程是以波動的形式進行。就好像平靜的水面上投一枚石子，會產生一圈圈的漣漪。這就是引力波。引力波產生在物體加速過程中，比如恆星爆炸、黑洞碰撞，都會產生引力波。引力波會引起時空的伸縮、影響時空的結構。

為什麼這次的發現要全球一起發布呢？中國科學院國家天文臺研究員陳學雷16日對《環球時報》記者表示，LIGO成立了一個聯盟，這個聯盟所探測到的事件，會把相關信息發給加入聯盟的其他機構。這些機構利用自己的望遠鏡，在探測到一次引力波事件後，希望用這些望遠鏡去看看能否找到對應的光波。16日晚參加發布的這些機構，它們的望遠鏡探測到了一些相應的東西。

科學意義有多大

陳學雷表示，因為中子星的質量要比黑洞小很多，要探測中子星產生的事件，在同樣距離上需要更高的靈敏度。總而言之，這是一次和上幾次引力波事件不完全相同的發現，因此它提供了一種新的天文現象的觀測手段。另外，兩個黑洞併合的時候，肯定會發出引力波，但並不清楚會不會發出光波，但中子星併合時是比較容易產生光波的，所以這個發現給我們提供了更多信息。關於引力波的觀測，目前可用的只有LIGO和Virgo兩個探測器，而且也只有很少的一點觀測數據，能獲得的信息有限。而光波或電磁波的觀測一直以來都是天文學家傳統的觀測手段，放到一起觀測給出了很多信息和細節，有助於我們更好地觀測引力波。

中科院高能所「百人計劃」項目研究員熊少林說，「這是人類第一次同時探測到引力波及其電磁對應體，是引力波天文學極為重要的裡程碑，在天文學以及物理學發展史上具有劃時代的意義，正式開啟了多信使引力波天文學時代。」

研究引力波有什麼用

陳學雷認為，引力波從目前來說，作用主要體現在提供了一種供我們深入研究天體物理過程的重要信息來源，無論是兩個黑洞並存還是兩個中子星並存，到最後階段，其現象是非常複雜的。一方面有引力場的複雜相互作用，這種相互作用最後也是高度非線性的，時空都可能會發生很劇烈的變化。另一方面，從物理角度講，除了時空，還有物質，對中子星來說，它裡面的物質也是密度非常高的物質，按照一般的模型來說，中子星是由很多高密度的原子核混成一體的，這些原子核大部分都是中子，這樣的一些物態在兩個中子星碰撞的時候會產生怎樣的複雜現象，我們也非常希望了解，通過這些了解甚至也可以深刻地追究宇宙的基本物理規律。現在我們既有了引力波的觀測，又有了光學的觀測，這為我們提供了很多信息，在未來一段時間內會有很大的發展。星際穿越是科幻小說中的情節，真實情況不一定像小說中那麼戲劇化，但可能這裡頭也有很密切的聯繫，對這些東西的探求可能會有非常有意思的物理規律。

國際宇航聯空間運輸委員會秘書長、中國航天科工集團公司二院研究員楊宇光表示，引力波最重要的意義在於，人類從過去到現在所有對自然界的觀測，包括天文觀測，主要依賴於電磁波，也就是雷達或者光學波段的電磁波對未知世界進行探測。而有了引力波以後我們就對自然界多了一種探測手段，這是一個質的差異。引力波的探測有可能使我們了解到更豐富的有關於黑洞、中子星等等這些天體在發生一些現象和劇烈變化時的時空變化，所以說它對於了解物質世界是非常有用的。