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收聽來自太空深處的聲音

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2017年諾貝爾物理學獎頒給了三位美國物理學家雷納·韋斯(Rainer Weiss)、基普·索恩(Kip Thorne)和巴里·巴里什(Barry Barish)。

他們構思和設計了激光干涉儀引力波天文台LIGO,對直接探測引力波*做出傑出貢獻

在此前,三位科學家曾憑藉LIGO的構思和設計獲得過2016年度邵逸夫天文學獎

*註:在廣義相對論里,引力波是時空本身的漣漪,是由帶質量物體的加速度運動所生成。由愛因斯坦在1916年提出概念,LIGO於2016年成功探測引力波直接證明了愛因斯坦的猜想正確。

Rainer Weiss

雷納·韋斯(Rainer Weiss)1932年出生於德國柏林,4天前剛剛度過了他的85歲生日,如今在麻省理工學院任物理學榮譽教授,同時他也是一位理論物理學家。他領導LIGO儀器的研究,使LIGO達到了足夠的靈敏度,成功地首次探測到了引力波,這也是他的職業生涯中最重要的成就。

Kip Thorne

基普·索恩(Kip Thorne)同樣是美國的理論物理學家,他於1940年出生於美國猶他州洛根市,他的父母親都是猶他州立大學的教授,學術氛圍濃郁的家庭環境使他30歲便成為了加州理工學院歷史上最年輕的正教授。同時他也是《星際穿越》的科學顧問兼製片人

Barry Barish

巴里·巴里什(Barry Barish),實驗物理學家,出生於美國內布拉斯加州的奧馬哈,在加州南部長大。與索恩一樣在加州理工學院任物理學教授,他在解決首次檢測引力波問題的技術和科學方面發揮了重要作用。

我們可以遙想在13億年前,距離地球遙遠的太空深處,有兩個黑洞在旋轉中並和,他們攪動時空發出的引力波信號經歷滿滿的星際旅途,終於在2016年2月11日被LIGO探測到。而此時距離1916年愛因斯坦提出引力波的概念,也已經過去了100年。

根據愛因斯坦的描述,有質量的物體會使它周圍的時空發生扭曲,當這個物體的空間分布發生某些變化,就會引起時空的波動,向外輻射出如同漣漪一樣的能量,這便是引力波。

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引力波動畫(圖片來源:NASA)

人類通過探測引力波,可以窺探宇宙深層的秘密,我們將擁有全新的手段來研究黑洞、中子星等各種天體。不僅如此,如果能夠尋找到合適的引力波,人類將能夠了解到138億年前,宇宙發生了什麼,窺探大爆炸的秘密也並非不可。

20世紀70年代時,韋斯教授在MIT實驗室

為了探測到引力波,雷納·韋斯首先提出「通過激光干涉探測引力波」

具體的設想是,將一束激光經過一個半透鏡後,朝互相垂直的兩個方向射去,兩道光各自經過一面反射鏡,反射回來重新匯聚在一起。只要反射鏡與半透鏡的距離精確一致,匯聚後的激光將因為干涉而相互抵消。而一旦有引力波經過,激光走過的距離就會被改變,干涉現象也因此改變,從而觀測到引力波。

LIGO觀測台俯瞰圖

這個設想經由了基普·索恩的改進,確認可行。隨後,加州理工學院和麻省理工學院開展合作,建設了巨大的L型建築——LIGO觀測台,他的每一邊都有著4千米長

除了上文提及的三人外,LIGO的聯合創始人之一,羅納德·得雷弗(Ronald Drever)同樣功不可沒。

得雷弗是加州理工學院教授,著名的實驗物理學家。他一生最傑出的貢獻就是發明了用於穩定激光的Pound-Drever-Hall技術,並將Pound-Drever-Hall技術運用進LIGO項目,這才保證了探測工作順利完成

左一為索恩,中間便是Ronald Drever

引力波項目摘得諾貝爾物理學獎可謂是眾望所歸,只是可惜得雷弗在2017年3月7號去世,享年85歲,距離諾貝爾獎只有七個月的距離。

*參考資料

諾貝爾獎官網Press Release: The Nobel Prize in Physics 2017

Calo《引力波到底是啥?它能做的超乎你的想像》

維基百科

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作者系網易新聞·網易號「各有態度」簽約作者

內容為【SME】公眾號編譯,歡迎轉載


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