引力波:长达一个世纪的求索
2016-05-28
比起黑洞相撞激起的涟漪,科学的信念和坚持更具有穿越时空的力量
2月11日,美国加州理工学院、麻省理工学院、激光干涉引力波观测站(LIGO)科学联盟、美国国家科学基金会向全世界宣布:人类首次直接侦测到爱因斯坦在100年前预言的引力波,完成了广义相对论实验验证的最后一块拼图。
LIGO的科学家在记者会现场播放了引力波转化成的宇宙之声:一片嘈杂的背景噪音中,一声“噗”的清脆声响,如水滴落水,持续时间不到1秒——这是人类首次“听”到的宇宙的“声音”。LIGO项目组发言人、物理学家加布里埃拉·冈萨雷斯激动地说:“我们能够‘听见宇宙,这是引力波最美妙的事件之一。”
什么是引力波?石头被投进水中会有波纹产生,而黑洞等质量巨大的天体在剧烈运动时产生的“时空涟漪”,被称为引力波。引力波是非常弱的一种信号,弱到爱因斯坦本人都曾怀疑能否建造足够灵敏的探测器。想要探测到它,就如同“太平洋上台风肆虐,我在上海的岸边扔了一粒石子,请你在加州海滩上测出它的涟漪”,被视为“不可能完成的任务”。但百年来,科学家们对引力波的探测从未停歇。上世纪70年代,美国物理学家约瑟夫·泰勒和拉塞尔·赫尔斯曾在观测双星系统的过程中,发现引力波存在的间接证据,并因此获得1993年诺贝尔物理学奖。20世纪90年代,人们发展出激光干涉仪为原理的探测器,开启了引力波探测的黄金时代。
此次探测到的引力波,源于13亿年前一个双黑洞系统的合并,那时“多细胞生物才开始在地球上扩散”。其引力波信号经过13亿年的漫长旅行,终于被LIGO位于利文斯顿与汉福德的两台探测器以7毫秒的时差先后捕捉到。共有10多个国家超过1000名科学家参与了这个搜寻项目。
近一个世纪的求索,人类终于聆听到宇宙深处的声音。这是科学眼光和科学耐心的胜利,它也让人们再一次见识到基础科学的艰辛和美丽:“它是辛苦的、严谨的和缓慢的,又是震撼性的、革命性的和催化性的。”
LIGO科学合作组织宣布成功侦测到引力波的消息后,美国麻省理工学院校长拉斐尔·赖夫在致信全校时提到:“(这个研究)在一个广袤的背景上展示了,对深入的科学问题,人类为什么要探索,如何探索,以及为什么至关重要。”
是的,每一次重大的自然发现、科学突破,都是人类对世界了解深度和广度的拓展。400多年前光学望远镜发明后,人类发现自己生活在太阳系;随后的电磁波、中微子信号,让人类的“眼光”能够脱离银河系乃至到达宇宙边缘。现在,引力波的发现,则“打开了一扇前所未有的探索宇宙的新窗口”,宇宙有多大,有多远,将在引力波瞬间拉开的眼界里展示更深广的时间与空间的概念,给未来的人类一个更精彩美妙的世界!