生活不僅隻有眼前的茍且, 還有引力波和深邃神秘的星空。
引
激動幹什麼
又不是地球毀滅
這幾天,天文圈暗流洶湧,世界各地 70 多傢天文臺聯手發佈重磅炸彈,搞得好多吃瓜群眾們既心慌慌又心癢癢的,畢竟活瞭這麼多年,很少看到這麼多天文臺一起搞大事,莫非是外星人真的要來瞭。小編已經有兩個晚上沒睡好覺瞭,以後沒必要搞得這麼玄乎,不就是發現瞭個引力波嗎?還以為要天降祥瑞,或者是外星人正式登上人類歷史舞臺呢。但是,作為一個天文愛好者,我要悄悄地告訴你,此次引力波被證實後,LIGO 的下一個目標一定是去勾搭外星人。或者說,這次發現的引力波就是外星人發送的,隻是不能直接明瞭地告訴你而已,原因見後文。
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天文臺的保密工作遠遠不如 FBI
北京時間 10 月 16 日 22 時,來自 LIGO、VIGO 和大約 70 個天文臺的科學傢代表們,在位於華盛頓特區的國傢記者俱樂部,舉行兩場新聞發佈會,公佈關於引力波探測中的新發現和細節。
在這場正式的新聞發佈會之前,已有小道消息不脛而走,許多蛛絲馬跡讓人浮想聯翩。今年 8 月 19 日,國外社交網站推特上,德克薩斯大學奧斯丁分校的 J. Craig Wheeler 曾跳出來激動地說:“ LIGO 新發現:引力波源自帶光學對應體。驚呆!”(原文:New LIGO.Source with optical counterpart.Blow your sox off!)
該消息發佈後沒多久,華盛頓大學西雅圖分校的 Peter Yoachim 亦出來捧場,解釋說這個引力波源的光學對應體位於水蛇座星系,距離地球 1.3 億光年,估計是雙中子星合並。之後這兩位興奮的仁兄就沒下文瞭,銷聲匿跡,估計是暴露瞭內幕消息,被組織紀律嚴明的 LIGO 查瞭水表,唉,徒留下一群雲裡霧裡,摸不著頭腦的吃瓜群眾!但也有聰明人士敏銳地嗅到瞭真相,畢竟,LIGO 與引力波的關系一直都是“焦不離孟,孟不離焦”。
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愛因斯坦,偉大啊!
引力波一直是愛因斯坦提出來的虛無之物,沒有人見過,沒有人能證明,沒有人能檢測到。就連愛因斯坦本人也想象不到,能通過怎樣的方法探測到引力波,以至於他本人直到逝世前都還在懷疑黑洞的存在。
自 2015 年以後,關於引力波的檢測發現消息又陸續被放出,今年來自 LIGO 團組的科學傢們更是由於他們在引力波研究方面的貢獻而被授予瞭諾貝爾物理學獎。此次雙中子星合並觀測事件被最終確認,這樣的探測標志著天文學的一個新時代即將到來:廣袤無垠的宇宙空間對我們而言不再是隻可遠觀而不能靠近的瞭,人們發現,自己就是星辰,點亮瞭深邃的宇宙之美。兩個中子星旋轉和合並期間所釋放的巨大的能量、重元素、引力波和電磁波信號,成瞭一塊塊科學傢們拼湊宇宙秘密的拼圖,人類將直觀地觀察到天體運動是如何進行合並的,又是如何發散物質的,這是多麼有趣!100 年前就已經被廣義相對論預測,愛因斯坦,偉大啊!
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引力波是什麼?
時空之漣漪
愛因斯坦在廣義相對論中是這樣描述的:“引力波以光速迅速擴散,充滿整個宇宙。”引力是由於質量所引發的時空扭曲所造成,任何有質量的物體加速運動都會對周圍的時空產生影響,時空在伸展和壓縮的過程中,會產生振動,這些振動就是引力波。這些波動,我們可以想象為將一塊石子投入水中所掀起的漣漪,因此,引力波,它也個好聽的名字,叫做“時空漣漪”。
時空漣漪唯美的名字讓人們想到的也許隻是它曼妙舞動的韻律,但是它能夠完美攜帶信息的特性在《三體》中發揮的淋漓盡致,“引力波天線”的存在拯救瞭處於危急存亡之際人類。在電影《星際穿越》中,男主角也通過引力波穿越時間和空間給女兒傳遞重要的信息,最後得以逃脫虛無的維度。作為地球上普通的人類一員,其實隨時隨地都遭遇來自宇宙中各種源頭的引力波:無時無刻都在進行的高速運動的物體以及大質量天體在運動、碰撞中產生引力波,例如兩個黑洞合並、中子星自轉、超新星核塌縮等,假如這些大質量的天體在劇烈運動或者並合過程中釋放的巨大能量能夠以光的形式出現的話,那麼即便它發生在 10 幾億光年之外,在一瞬間釋放的光芒也比正午焦灼的烈日耀眼 10000 倍(不知道為什麼,小編的 24k 鈦合金眼睛突然有點疼)!
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血淚斑斑的探索史
引力波的科學意義
人類科學界追尋引力波足跡的路程可是一段血淚史。引力波像光波一樣具有不同的頻率,目前人類主要運用 B- 模和激光幹涉儀這兩種探測技術,以至少相差 15 個數量級的頻率搜尋引力波。
宇宙微波背景輻射(CMB)是混沌宇宙發出的第一縷微光,如果引力波出現在宇宙微波背景輻射誕生時,將帶來一個獨特的漩渦狀,出現光偏振中的卷曲,即稱之為“ B 模”偏振。因此,“ B 模”偏振是引力波的間接證據。如果在宇宙微波背景輻射上看到瞭“ B 模”偏振分佈,毫無疑問就是原初引力波的證據,那麼“宇宙暴漲理論”將得到強有力的支持。科學傢們將利用這些望遠鏡測量普朗克衛星測量范圍之外的宇宙微波背景輻射,“ B 模”偏振的檢測在未來十年內有望變成現實,這意味著,我們將可以通過 B- 模看見宇宙初生的嬰兒模樣,這是多麼令人激動的事情呀。在亙古遙遠的億萬光年之外,我們和宇宙,都是親密相擁的星塵。
引力波的意義還有更多 : 支持瞭廣義相對論; 支持瞭暴漲理論; 支持瞭“微擾”量子引力; 確定瞭張量、標量漲落幅度比值; 確定瞭暴漲的能量標度; 進一步限制瞭暴漲模型;
開辟瞭引力波觀測窗口,人類將更進一步地瞭解宇宙最極端的天體如何精確工作,同時,我們將開啟一扇宇宙天窗,窺探藏身於引力波宇宙的秘密,與億萬星系的生靈建立起光年以外的聯系。眺望我們浩瀚無垠的宇宙光景,聆聽宇宙未知的聲音,這是人類以前從未有過的。
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引力波和外星智慧生命
在 20 世紀 70 年代,飛向太陽系之外的“先驅者”號和“旅行者”號探測器上,都搭載瞭金屬制成的人類名片,在名片上,人類以圖畫的形式表示出瞭太陽系、地球所在的位置、男人和女人的形象。
而在 1974 年 11 月 16 日,在波多黎各落成的阿雷西博射電望遠鏡利用電磁波向武仙座球狀星團 M13 發出第一封“地球電報”,其中的內容共有 1679 個數學符號,包含著數學、化學、生物學、人類學和天文學等豐富的情報資料的圖案。人類所做的一切,就好像是朝宇宙汪洋投擲出情深意切的漂流瓶,期待著能與未知的外星生命摩擦出奇妙火花。唉,宇宙太廣闊瞭,人類太孤獨瞭,我們的外星人大兄弟依舊遲遲不肯露面。
無線電在星際通信中應該算是非常落後的技術,而引力波的獨特穩定性,決定瞭它才是超遠距離通信的基礎。在可行性上,外星生命可能會傾向於用引力波來和其他星球文明進行通信,因此,人類認識宇宙需要從引力波著手 —— 利用引力波中所攜帶的波源信息,獲取數億光年距離以上的文明消息,進而與之建立溝通!這意味著人類和外星人建立聯系又進瞭一大步。這也是天文學傢激動到爆炸,而普通人又一懵逼的原因,以後真的可以跟外星人直接聯系瞭!
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這次引力波到底來自哪裡?
此次 LIGO、VIGO 和大約 70 個天文臺的科學傢代表們統一的發言是,位於長蛇座的 NGC 4993 星系中,雙中子星合並引發新型引力波。
距地球 1.3 億光年的長蛇座內 NGC4993 星系,作為中子星可能不像黑洞那麼大,但它們的質量可能高達太陽質量的數倍,它們幾乎像黑洞一樣密度緊湊,物理尺寸隻有 10 公裡左右。他們的頻率特別是在合並的最後幾秒鐘,LIGO 真的能敏感地探測到嗎?這不是一個關於宇宙本身的問題,而是關於如何接近設計靈敏度的高級 LIGO 已經得到的問題。對於光來說如果物體的距離是 10 倍,那麼它的亮度隻有 1/100,但對於引力波來說,一個物體 10 倍的距離有一個引力波信號,仍然是 1/10。所以,有理由懷疑此次 LIGO 公佈的引力波並非中子星的合並,而是來自 XXX 發射的信號 ……
這可能是天文學傢們這麼激動的真正原因,但這樣的事情不能直接公佈,你承受得瞭嗎?當然我這樣的推測有點科幻,我們還是相信天文學傢公佈的權威資料吧。不過說實在的,按你們公佈的這些消息看,我並不激動。引力波不是早就被證實瞭嗎?
結
不要回答不要回答
此次科學傢們能直接檢測到天體引力波,將為很多學者打開一扇驗證愛因斯坦廣義相對論是否正確的大門。引力波方面的研究還將為人們對星星、銀河系和黑洞的認知提供前所未有的新視角。如果哪一天人類使用引力波廣播,並且能解析外星人的語言編碼,你將怎麼做?
如果人類真的接收到來自外其它生命的引力波信號,你會回答它嗎?