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引力波给中国科学家带来骗钱机会。
送交者: 调侃军政 2017年10月09日11:38:03 于 [世界时事论坛] 发送悄悄话

  瑞典当地时间10月3日11时45分,位于斯德哥尔摩的瑞典皇家科学院宣布了2017年诺贝尔物理学奖。雷纳·外斯(Rainer Weiss)、巴里·巴里什(Barry C. Barish)、基普·索恩(Kip S. Thorne),三位因引力波探测而声名远播的科学家的名字,出现在了诺奖发布会的屏幕上。

  评选委员会成员奥尔加·伯特纳说,宇宙中曾有两个黑洞发生碰撞,所产生的引力波跨越漫长时空,历时13亿年抵达地球,在2015年9月14日被位于美国的LOGO探测器探测到,这是人类历史上首次发现引力波。

  引力波是一种时空涟漪,如同石头丢进水里产生的波纹。百年前爱因斯坦在广义相对论中预言了引力波的存在,但他认为引力波难以被探测到,因为相关信号非常微弱。LOGO项目使用巨大的激光干涉仪,在引力波通过地球时探测到比原子核还要小很多的变化。

  下面是中国的“科学家们”说的或写的有关“引力波”的介绍或吹捧。算不上科普文章。

  从科学角度讲,在一定程度上介绍了有关“引力波”发现的经过和即将给人类带来的巨大影响,以及在引力波发现过程中附带发明创造的的人类“测量方法”、“观测方法”、“探测方法”、”分析方法”都有借鉴意义,同时对天文学等其他学科的影响和启发也是巨大的。

  不过,对于中国来讲,又为中国“科学家们”向“裆中央”骗钱提供了大好机遇。上有裆中央的“中国梦”,科技节有科技界的“科技梦”。各行各业都有梦。

  自2016年2月位于美国的LIGO召开新闻发布会宣布人类首次直接探测到引力波至今,短短两年多的时间里,引力波这个物理学界的深奥词汇,已经屡屡见诸报端。然而,引力波,即“时空涟漪”,为何会在如此短的时间内赢得诺奖评奖委员会的青睐?

  2016年2月11日, LIGO首次宣布此前于2015年9月14日利用臂长达4公里的激光干涉仪直接探测到了来自离我们13亿光年的两个黑洞合并事件造成的引力波。

  此后,LIGO又先后两次独立探测到引力波。最近,位于欧洲意大利比萨附近新升级的VIRGO也加入到引力波探测队列,并在升级后两周内就首次探测到了引力波。

  先后4例引力波事件,加上最近一次LIGO与VIRGO相互印证,自此人们对引力波探测结果“不再怀疑”。

  有关引力波存在的预言可追溯到百年前。1918年,爱因斯坦在一篇名为“论引力波”的文章中深入探讨了引力波问题,给出了引力波方程。

  爱因斯坦预言,像杠铃一样快速转动的两个天体——如两个相互呈漩涡状旋转的黑洞——会在太空中辐射出涟漪,并以光速在宇宙中传播。

  1974年,美国科学家赫尔斯和泰勒发现脉冲双星的轨道在不断减小,这可以用引力波导致能量损耗的机理来解释,算是间接观测到了引力波,两人因此获得了1993年度的诺贝尔物理学奖。

  而如今LIGO的工作则是对引力波的直接探测,这是对爱因斯坦广义相对论的验证。

  更广泛的意义在于:这个发现不仅直接验证了广义相对论和引力波的存在,更重要的还在于开启了对强引力、随时间变化的引力以及黑洞的直接观测,打开了认识宇宙的一个新窗口。

  这意味着人类为下一步认知世界寻找到了一把新钥匙。引力波不仅会对原有物质世界的认识发生改变,还可能会帮助人类认识到以往没有认识到的物质。

  比如,如果能探测原初引力波,我们就有可能探知宇宙起源;再比如,我们通过黑洞引力波或者双星体系引力波,可以独立于电磁方式认知这个天体系统。

  以LIGO的观测为例,在发现黑洞并合事件产生的引力波之前,太阳质量量级的黑洞双星体系几乎是天文观测的沙漠地带。引力波提供了全新的手段,帮助科学家发掘过去以为是荒漠的观测领域,寻找宇宙中的蛛丝马迹。

  引力波的探测开启了科学家“听”宇宙的时代,使人类从测量宇宙中的电磁波、高能粒子等方式间接了解宇宙信息,到如今获得了“主宰宇宙的引力的直接信息”。

  这些直接信号带来了更丰富的宇宙信息,以前关于黑洞的信息都是间接的,所以原来黑洞的存在并没有被直接证实。现在LIGO通过直接探测引力波证明了黑洞的存在及其一些性质,比如面积不减,以及更细节的性质。

  引力波带来的变革令科学家对天文物理的未来充满期待,但同时令科学家备受鼓舞的还有LIGO的精密测量能力。仅就LIGO能达到的对远处微小振动探测的精度而言,其获得诺贝尔奖也不为过。

  不过,关于波动信号探测,理论上任何一点上获得的时间序列信号,都不足以反演出波源的信息。因此,关于空间中大质量物体合并机制的研究以及探测,未来也许还有更多的工作要做。

  探测到极微弱的引力波是一项挑战。LIGO每个“L”形的干涉仪就像一对垂直的尺子一样。一个经过的引力波通常会让这两个4公里长的“手臂”以不同长度拉伸,通过对比在手臂上前后移动的激光,物理学家可以探测到轻微的差别性拉伸。LIGO干涉仪就会以相当于一个质子直径1/10000的长度探测到其中的差异。

  这种探测可以比喻为“大海捞针”,然而LIGO让其成为了现实。因此,LIGO的成功也称为“精密测量的伟大胜利”,并认为它将进一步推动量子测量方面的研究。而这也是此次这三位科学家获得诺奖的重要原因,他们将理论与工程实现完美结合在了一起。

  三位获奖者中,外斯是最早提出用激光干涉仪探测引力波并作噪声分析的,巴里什对建立LIGO作出了关键贡献,而索恩的贡献则在于引力波探测和LIGO的理论方面。

  外斯是一名炉火纯青的发明者,一度曾从大学退学,他并非想到用干涉仪探测引力波的第一人。上世纪60年代,美国物理学家Robert Forward(罗伯特·福沃德)为这项任务建立了一个小型的干涉仪。然而,外斯对这个问题进行了更彻底的分析,并认识到需要进行长达数公里的干涉仪。他还指出了外来噪音的主要来源,并在1972年未发表的一项报告中解释了如何处理这些噪音,这成为LIGO的基础。

  经过最初的怀疑之后,索恩开始支持这个项目,并敦促加州理工学院在1979年雇佣德雷弗开展引力波研究。康奈尔大学理论物理学家索尔·图科斯基表示,索恩也塑造了LIGO的科学目标。例如在早期,许多物理学家认为引力波最可能的来源是超新星爆炸。索恩意识到,相互旋转的成对中子星或黑洞可能是更强有力的来源,并鼓励实验者们选择LIGO探测它们。索恩还敦促物理学家汇集大量的数值模拟,从而帮助在数据中发现潜在的信号。

  如果说是外斯和索恩构思孕育了LIGO,那么巴里什则使它成为现实。1994年,他接手了这个项目的领导权,当时该项目被搁置,美国国家科学基金会也在考虑取消该项目。巴里什扩大了LIGO的合作范围,做了关键的设计改变,并在2005年卸任之前看到了这个项目通过建设。“如果没有他的领导,LIGO就不会存在。”加州理工学院物理学家、LIGO项目最初成员之一斯坦利•惠特科姆说,“这是雷纳和基普无法做到的。”

  获奖只是开始

  虽然在短短两年多的时间内,LIGO的引力波探测就已经摘得了诺奖桂冠,但科学家却认为这只是个开始。目前看来利用引力波研究天体物理过程已经非常成熟,未来引力波探测时间将成为“常态化”。

  这意味着,引力波探测的消息会不断出现在人们耳畔,随之增加的相关研究数据的不断丰富。随着数据的积累,科学家对于遥远的宇宙的认识,也将发生变革性的影响。

  不仅如此,引力波源由黑洞和黑洞并合、黑洞和中子星并合、中子星和中子星并合等天体并合事件产生。目前LIGO所探测到的引力波事件,都是由双黑洞并合事件所产生。而科学家期待着,未来LIGO、VIRGO等引力波探测装置,可以探测到黑洞中子星并合、中子星中子星并合等不同类型的天体并合事件所产生的引力波信号。

  这黑洞和中星并合、中子星和中子星并合事件产生的引力波携带着丰富的电磁波信号,这意味着引力波电磁对应体研究也有广阔空间。比如它能否在光学、射电、伽马射线等波段产生辐射,具体信号是什么,有待观测去发现。在已经来临的引力波电磁对应体观测时代,目前的理论预言有些可能被观测验证,甚至可能发现之前理论从未预言过的信号,后者将给科学家带来更大惊喜。

  此外,引力波研究还将带来科学家对“宇宙从哪儿来”这一宇宙起源问题的深入研究。

  宇宙暴胀时期循环宇宙产生的原初引力波,携带者宇宙起源的丰富信息。捕捉到原初引力波,将为科学家认识宇宙的创生提供丰富的研究信息。而这也将是引力波相关研究未来的重要发展方向之一。

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