引力波拿下 2017 諾貝爾物理學獎!我們為什麼要探測它

10-07

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今天 17:45 分,2017 年諾貝爾物理學獎揭曉,授予 3 位科學雷納 · 韋斯、巴裡 · 巴裡什和基普 · 索恩,以表彰他們在引力波研究方面的貢獻。

下面我們倆看看,引力波是什麼,它有哪些實際應用。

引力波是什麼?

引力波的實質是空間彎曲的動態傳播。一個靜止的天體隻能造成空間的靜態彎曲,正如靜止的電子隻能產生靜電場。當兩個天體互相繞轉的時候,它們的引力對某一特定空間的扭曲是隨時間變化的。就好像有人在水池中央攪動水面,水面的變化會以波動的形式傳向四方。類似的,相互繞轉天體造成的空間變化也會向各個方向傳播開來。這種由引力場變化造成的空間波動就是引力波。

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為什麼引力波探測非常重要?

因為這將大大加強我們對於引力的理解。不同於其他三種力可以在實驗室中進行研究。引力的研究非常困難。在我們日常接觸的大多數領域,廣義相對論效應並不明顯。我們至今隻能通過天體運動,光線彎折等有限的方法研究引力。而這些方法仍然隻能探測較弱的引力場,遠遠觸及不到黑洞視界附近最為扭曲的空間。而引力波探測將打開一扇新的窗子,幫助人們瞭解空間最扭曲部分的動態變化——這種動態過程被基普 · 索恩稱作幾何動力學過程——使人們以前所未有的精度理解廣義相對論(或者證偽它)。

研究引力波有什麼實際應用?

利用引力波,我們可以看到宇宙的最早期,宇宙大爆炸之後的 1.0E-36 秒開始的宇宙形成過程,而對於電磁波而言,它最早隻能看到大爆炸後的大約 300,000 年之後的宇宙歷史,在此之前,電磁波是不能給我們提供的。所以引力波是我們瞭解我們宇宙形成的最好工具。

對於引力波的實際意義,現在還很難看出和預測。這就如同,在 1915 年廣義相對論被被提出之時,無人能夠認識到其偉大性一般。但是現在廣義相對論卻在我們的日常生活(比如導航)中扮演著及其重要的角色。麻省理工學院校長賴夫(Rafael Reif)在新聞發佈會之後說道," 基礎科學是辛苦的、嚴謹的和緩慢的,又是震撼性的、革命性的和催化性的。沒有基礎科學,最好的設想就無法得到改進,‘創新’隻能是小打小鬧。隻有隨著基礎科學的進步,社會也才能進步。"

引力波現在給我們打開瞭一扇全新的窗口。引力波是一種探索方式,是一種看待世界的方式。歷史的發現軌跡告訴我們,每一扇新的窗口被打開,都會有令人稱奇的發現。

最後,我們一起感謝這三位科學傢做出的貢獻,並記住他們的名字:雷納 · 韋斯、巴裡 · 巴裡什、基普 · 索恩。

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