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引力波拿下2017诺贝尔物理学奖!它是什么?我们为什么要探测它?


来源:知识就是力量杂志

本文由知识就是力量整理 

今天17:45分,2017年诺贝尔物理学奖揭晓,授予3位科学雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩,以表彰他们在引力波研究方面的贡献。

下面我们俩看看,引力波是什么,它有哪些实际应用。

引力波是什么?

引力波的实质是空间弯曲的动态传播。一个静止的天体只能造成空间的静态弯曲,正如静止的电子只能产生静电场。当两个天体互相绕转的时候,它们的引力对某一特定空间的扭曲是随时间变化的。就好像有人在水池中央搅动水面,水面的变化会以波动的形式传向四方。类似的,相互绕转天体造成的空间变化也会向各个方向传播开来。这种由引力场变化造成的空间波动就是引力波。

图片来源网络

为什么引力波探测非常重要?

因为这将大大加强我们对于引力的理解。不同于其他三种力可以在实验室中进行研究。引力的研究非常困难。在我们日常接触的大多数领域,广义相对论效应并不明显。我们至今只能通过天体运动,光线弯折等有限的方法研究引力。而这些方法仍然只能探测较弱的引力场,远远触及不到黑洞视界附近最为扭曲的空间。而引力波探测将打开一扇新的窗子,帮助人们了解空间最扭曲部分的动态变化——这种动态过程被基普·索恩称作几何动力学过程——使人们以前所未有的精度理解广义相对论(或者证伪它)。

图片来源网络

研究引力波有什么实际应用?

利用引力波,我们可以看到宇宙的最早期,宇宙大爆炸之后的1.0E-36秒开始的宇宙形成过程,而对于电磁波而言,它最早只能看到大爆炸后的大约300,000年之后的宇宙历史,在此之前,电磁波是不能给我们提供的。所以引力波是我们了解我们宇宙形成的最好工具。 

对于引力波的实际意义,现在还很难看出和预测。这就如同,在1915年广义相对论被被提出之时,无人能够认识到其伟大性一般。但是现在广义相对论却在我们的日常生活(比如导航)中扮演着及其重要的角色。麻省理工学院校长赖夫(Rafael Reif)在新闻发布会之后说道,“基础科学是辛苦的、严谨的和缓慢的,又是震撼性的、革命性的和催化性的。没有基础科学,最好的设想就无法得到改进,‘创新’只能是小打小闹。只有随着基础科学的进步,社会也才能进步。” 

引力波现在给我们打开了一扇全新的窗口。引力波是一种探索方式,是一种看待世界的方式。历史的发现轨迹告诉我们,每一扇新的窗口被打开,都会有令人称奇的发现。

最后,我们一起感谢这三位科学家做出的贡献,并记住他们的名字:雷纳·韦斯、巴里·巴里什、基普·索恩。

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