10月3日上午,诺贝尔委员会宣布将2017年诺贝尔物理学奖授予美国麻省理工学院教授雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、加州理工学院教授巴里·巴里什(BarryC. Barish)和基普·索恩(Kip Stephen Thorne),以表彰他们在引力波研究方面的贡献,3人将共享900万瑞典克朗(约合人民币738万元)。
纵观诺贝尔奖历史,诺贝尔奖颁与的科学发现和成果一般都会经过几十年时间和其他无数研究结果的验证,但是,为何引力波一经发现,就在两年后获得了诺贝尔奖呢?这既与LIGO团队多次成功探测到引力波事件(4次确信,1次疑似)有关,也与诺贝尔委员会的理解有关,该委员会称,这是全新的、完全不同的事物,开启了未知世界。
引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论。时间和空间会在质量面前弯曲,时空在伸展和压缩的过程中,会产生振动传播开来,这些振动就是引力波。2015年9月14日,位于德国汉诺威马普学会引力物理研究所LIGO团队的科学家注意到一个奇怪的信号:类似一只鸟儿的啁啾声,且螺距迅速递增的一种声波。他们认为,探测到的是由黑洞合并产生的一个时间极短的引力波信号,被命名为GW 150914,持续不到1秒。它经过了13亿年的漫长旅行,这是人类首次探测到的引力波。
LIG O团队于2015年12月26日再次直接探测到引力波,命名为G W 151226,这个引力波同样来自双黑洞并合。2017年1月4日,LIG O团队第三次探测到引力波,命名为G W170104。与前两次的引力波相似,G W170104也来自于黑洞的合并。此次合并后的黑洞质量约为太阳质量的49倍,介于前两次探测到的黑洞质量之间(前两次并合黑洞质量分别为太阳质量的62倍和21倍),进一步证实了大于20个太阳质量的恒星黑洞的存在。
如果说这三次引力波都是单独由LIG O团队探测到的,那么2017年8月14日第4次发现引力波则由不同的研究团队同时发现。LIG O的两台干涉仪(美国华盛顿和路易斯安娜的LIG O引力波天文台)和欧洲“处女座”(意大利的Virgo引力波天文台)引力波探测器的一台干涉仪,从3个地点几乎同时(先后相差仅几毫秒)捕获到了引力波,命名为GW 170814。
由于有这几次反复发现引力波,引力波获得了一定程度的重复验证,这是证明科学发现的必要条件和必经程序,这也许就是今年的诺贝尔物理奖颁发给引力波发现的科学家的主要原因。但是,在未来也许还需要由其他科研团队以另外的方式来证明引力波的存在。
在人们的眼光中,物理学研究总是深奥莫测,艰涩难懂,引力波也是如此。而且,引力波的晦涩和神秘莫测还在于,它可能真的会开启人类未知的世界,与人们千百年来所见所闻和理解的物质世界迥然不同。因此,发现引力波意味着人类对物质世界的探索才刚刚开始,正如电磁波望远镜可以充当人类的眼睛一样,引力波探测器可以充当人类的耳朵,有了它们意味着人类有了第六感觉。
更重要的是,由于引力波是物质运动变化时引发的时空弯曲,因此引力波与暗物质和暗能量有关。根据计算,要保持现在宇宙的运行秩序,需要暗物质的存在,而且暗物质的质量必须5倍于我们现在看到的物质。这就意味着在人类能用五官感知到的世界外,还有一个有95%的物质是人们尚未知晓的世界,这也是一个神奇的广袤的世界。
100年前就预言有引力波存在的爱因斯坦认为,世间有两样东西是无边无际的:一者为宇宙一者为人类之愚蠢。对于前者,爱因斯坦似乎还不确定。不过,无论宇宙是否无边无际,都需要去探索。
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