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2018-05-31


近日央视首次揭秘了我国引力波探测计划

这一神秘研究再度走入国人视线

    

谈到引力波

很多人的问题从“引力波是什么”

变成了“诺奖已被国外摘得

我们为什么还要探测引力波?”

    


“发现引力波只是开始,引力波研究还有一大波‘诺奖’在等着被摘取。”记者近日在我国目前唯一的引力实验研究基地——华中科技大学引力中心,见到了我国著名“引力院士”罗俊。

    

今年是“引力中心”值得纪念的一年,它已走过35年历程,被国际同行赞为“世界引力中心”。与“引力中心”共同走过的罗俊说,在这一国际大科学领域,幸好中国没有缺位。


    

1推开不同的窗,看到不同的风景


华中科技大学引力中心主任涂良成介绍说:“LIGO探测高频段引力波,我们探测低频段引力波,LIGO探测的是短时间的引力波,我们探测的是连续的引力波,可以持续验证。我们是对一个天文已经观测到的双星系统进行观测,把我们的实验设备调到相应的状态,对准它来检测引力波信号,而非短时间的。”

    

低频与高频的区别就是大家看到宇宙不同的物理现象和物理进程。不同的频段是不同的窗口,不同的频段没有先进落后之分,就如同你推开不同的窗看到不同的风景,不同频段的引力波探测将看到不同的天文事件。

    


低频引力波反映出来的东西更多元更丰富。高频引力波则大多是宇宙中更极端的事件,需要大质量的天体非常剧烈运动才能产生,通常只有中子星或黑洞等天体相撞。然而,宇宙中更多的天文事件不是这种极端事件,往往是两个星相隔较远绕行,持续长时间运动。

    

“这个频段有很多宇宙演化过程,有丰富的物理、天文学现象。”罗俊坦言,当初选择这一频段,也是经过了细致的考虑。


    

2引力波研究比肩美国“阿波罗探月计划”


2013年,罗俊和团队探讨并提出“天琴计划”时,全球科学家仍未探测到引力波;而LIGO团队确定了引力波的存在,“天琴计划”意义就更加重大。

    

“这个领域有一大波‘诺奖’,但我们不是为拿奖才去研究它。”罗俊说,这项基础研究会带来一系列关键技术突破,如精确测量地球重力,使我们更加深刻地了解地球水资源、矿产资源的分布与变化。

    

罗俊说,引力波研究可比肩美国“阿波罗探月计划”,是太空、外太空研究的制高点,中国必须有一席之地。

    


“天琴计划”是由三颗卫星组成一个等边三角形阵列,天琴的卫星将在以地球为中心、高度约10万公里的轨道上运行。“天琴计划”一直在边建设边积累,已经做了20多年的技术储备。


正因有几十年的积淀,在谈到欧洲类似的空间引力波探测项目LISA将于2034年升空时,罗俊说:“我们很有可能会走在他们前面。”

    

虽然有信心,但罗俊仍希望国内相关研究推进力度能再大些。“天琴计划”庞大,要15至20年研究时间,国内已有十多个大学和研究院所参与。罗俊说,应该把它上升为一个国家计划的科研行为,应该得到国家层面的支持。



今年3月底,天琴空间引力波探测科学目标研讨会在珠海召开,项目组不同课题的负责人介绍了最新研究进展。相比此前的引力波探测研究遇到的种种困难,罗俊认为,“天琴计划”还需要很多方面的技术和人才,包括物理、材料、光学、航空航天、自动控制、机械、精密测量等等。

    

国家对基础研究的重视程度与投入前所未有,而且做“天琴计划”是一群科学家的兴趣,如果能列入国家大科学工程,就可以把科学家的兴趣和国家的需要很好地结合起来。


罗俊说,德国、意大利、法国的顶尖教授也希望能参与其中。“天琴计划”将成为中方主导的国际合作项目,集聚全世界最优秀的科学家朝着同一个目标努力。


延伸阅读

什么是引力波

百年之前,世纪伟人物理学家爱因斯坦在广义相对论的基础上预测了引力波的存在,这一命题提出后的几十年,经过一代又一代科学家努力探索,一波又一波的引力波传言在2016年2月11日终于尘埃落定,这一天,美国自然基金会在新闻发布会中证实:人类首次直接探测到了引力波。爱因斯坦的预测是真的,引力波时代已经到来! 

为了跟上时代的步伐,小编赶紧再给大家补补课,咱们得了解一下引力波是什么,如何产生,在科学领域有什么意义。 


引力波是什么?


在物理学上,引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动,如同石头丢进水里产生的波纹一样,引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”。或者说如果将时空看成一张大橡胶膜,用小球代替天体,当小球被放上橡胶膜时,球的质量会把橡胶膜往下压。这时,如果在旁边再放一颗球,两颗球分别造成的“时空弯曲”就会让它们逐渐滚向对方。当它们互相加速运动时,产生的“涟漪”就是引力波。 


早在1915年,爱因斯坦在广义相对论的基础上就提出了引力波的存在,并预言强引力场事件可产生引力波,比如黑洞合并、脉冲星自转以及超新星爆发等。假如有引力波向你扑面而来,你会看到你前方的空间在上下或左右方向上时而被拉伸,时而被压缩的效果;当引力波迎面通过你,你会不断发生拉伸和压缩,你会先变高变瘦,再变矮变胖,再变高变瘦,再变矮变胖。这样会扭曲的引力波能帮我们洞悉整个宇宙的源头。


引力波是如何产生的?


说到洞悉宇宙源头,这次探测到的引力波被证明是13亿年前两个巨大的黑洞猛烈撞击并融合所产生的,是不是很神奇?宇宙就是在一场爆炸中诞生的,这意味着,在时空的开始时,宇宙有一次最剧烈的震动,宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件可以形成强大的引力波,虽然产生这种较强引力波的波源距离地球都十分遥远,传播到地球时变得非常微弱,但是引力波还是能让我们还原这个震动——它是否存在,有多大规模,诸如此类。 


引力波在科学领域的意义?


看来引力波的发现给我们提供了一个观测宇宙的新途径,英国理论物理学家斯蒂芬•霍金说:“引力波提供了一种人们看待宇宙的全新方式。(人类)探测到引力波的这种能力,很有可能引发天文学革命。”引力波不仅直接验证了广义相对论,更将要揭示关于恒星、星系以及宇宙更多前所未知的信息,我们未曾想象过的世界,即将展现在我们眼前。

什么是引力波?↓↓↓

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▋来源:科技日报、科普中国

▋监制:邹维荣

▋责编:韩阜业

▋编辑:王晓学


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