尾猿会

 

 

两颗黑洞相互盘旋发出引力波示意图

 

 

腾讯太空 乔辉 2月11日报道

美国当地时间2月11日上午10点30分（北京时间2月11日23点30分），美国国家科学基金会（NSF）召集了来自加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合作组织的科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布：人类首次直接探测到了引力波！

 

科学家为直接探测到引力波的消息欢呼（从左到右分别为：Gabriela Gonzalez, Rainer Weiss和Kip Thorne）

这次探测到的引力波是由13亿光年之外的两颗黑洞在合并的最后阶段产生的。两颗黑洞的初始质量分别为29颗太阳和36颗太阳，合并成了一颗62倍太阳质量高速旋转的黑洞，亏损的质量以强大引力波的形式释放到宇宙空间，经过13亿年的漫长旅行，终于抵达了地球，被美国的“激光干涉引力波天文台”（LIGO）的两台孪生引力波探测器探测到。

 

 

两台探测器记录到的波形

探测到的引力波信号初始频率为35赫兹，接着迅速提升到了250赫兹，最后变得无序而消失，整个过程持续了仅四分之一秒。位于利文斯顿的探测器比位于汉福德的探测器早探测到7毫秒，这个时间差表明引力波是从南部天区传来。

什么是引力波？

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”。通常引力波的产生非常困难，地球围绕太阳以每秒30千米的速度前进，发出的引力波功率仅为200瓦，还不如家用电饭煲功率大。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件才可以形成强大的引力波，但能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。

 

 

根据广义相对论，该双星系统会以引力波的形式损失能量，轨道周期每年缩短76.5微秒

1974年物理学家约瑟夫·泰勒（Joseph Hooton Taylor, Jr）和拉塞尔·赫尔斯（Russell Alan Hulse）发现了一颗编号为PSR B1913+16的脉冲星，他们发现该脉冲星处于双星系统中，其伴星也是一颗中子星。根据广义相对论，该双星系统会以引力波的形式损失能量，轨道周期每年缩短76.5微秒，轨道半长轴每年减少3.5米，预计大约经过3亿年后发生合并。

自1974年，泰勒和赫尔斯和对这个双星系统的轨道进行了长时间的观测，观测值和广义相对论预言的数值符合得非常好，这间接证明了引力波的存在。泰勒和赫尔斯也因这项工作于1993年荣获诺贝尔物理学奖。

共振型引力波探测器

 

 

韦伯教授在调试他的引力波探测器（1965年）

上世纪60年代，马里兰大学的物理学家韦伯（Joseph Weber）首先提出了一种共振型引力波探测器。该探测器由多层铝筒构成，直径1米，长2米，质量约1000千克，用细丝悬挂起来。当引力波经过圆柱时，圆柱会发生共振，进而可以通过安装在圆柱周围的压电传感器检测到。韦伯曾经在相距1000千米的两个地方同时放置了相同的探测器，只有两个探测器同时检测到相同的信号才被记录下来。1968年，韦伯宣称他探测到了引力波，立刻引起了学界的轰动，但是后来的重复实验都一无所获。