毫無懸念！引力波拿下諾貝爾物理學獎

再看一遍《星際穿越》吧，獲獎的科學家早就普及過黑洞和引力波了

北京時間10月3日18點，當瑞典皇家科學院秘書長斯塔凡·諾馬克(Staffan Normark）用瑞典語第一遍（第二遍用英語）宣布2017年諾獎物理學獎時，全世界大部分聽不懂瑞典語的科學愛好者，都已雀躍：因為單詞「LIGO」，大家聽懂了——

今年的物理學諾獎授予「LIGO科學合作組織」的三位主要成員雷納·韋斯（Rainer Weiss）、巴里·巴里什（Barry Barish）、基普·索恩（Kip Thorne），以表彰他們探測到了引力波。

引力波怎麼產生的？

用《泰坦尼克號》來打個比方

這不是我們第一次介紹引力波了，先來重溫一下電影《泰坦尼克號》里經典的一幕：男女主角隨著風笛聲共舞，跳到高潮處，傑克和露絲手拉著手飛速旋轉起來。

從物理學的角度看——傑克和露絲之所以會互相吸引，除了愛，還因為質量。

根據愛因斯坦的廣義相對論，有質量的物體會使它周圍的時空發生扭曲，質量越大，時空就扭曲得越厲害。

科學家做過一個很簡單的模擬實驗：在一張橡膠膜上，放一個「露絲球」，她的質量會把橡膠膜往下壓；再在近旁放一個「傑克球」——你會看到，「露絲」和「傑克」分別造成了膜的變形，也就是時空彎曲，讓他倆逐漸「滾」向對方，並親密接觸。

當「傑克球」和「露絲球」加速跳起轉圈舞時，周圍的時空正在起伏、翻滾、震顫……這種變化，以波的形式向外傳播，就是「引力波」。

一旦找到合適的引力波

大爆炸理論也有了有力證據

在十幾億年前的宇宙時空中，也在發生同樣的「愛情」，主角們是黑洞。

截至目前，人類分別在2015年9月、2015年12月、2017年1月和2017年8月完成了四次引力波的觀測。

錢報記者專訪了中國科學院上海天文台的科學家劉慶會，解讀最近的一次探測：

18億光年外，有兩個巨大的黑洞（質量分別相當於大約31個和25個太陽），處於足夠近的距離。

它們開始相互纏繞、旋轉，當靠得非常接近、將要合併在一起的那個瞬間，彼此損失的能量（相當於3個太陽質量）以引力波的形式釋放，在宇宙泛起一波漣漪。那一刻，整個宇宙中所有其他天體釋放功率的總和都及不上它。

上帝給這個瞬間拍了快照，以光速在宇宙傳遞。這張照片，被2017年、距離18億光年以外的地球人類接收到。

這張「照片」，能幫我們洞悉整個宇宙的起源。引力波的存在一經證實，我們將以前所未有的方式看到塑造宇宙的力量。而一旦尋找到合適的引力波，人們將能夠為大爆炸理論和宇宙膨脹理論找到有力的證據。

靠三台巨大的「圓規」

能更精確定位引力波位置

在宣布引力波獲得今年諾獎物理學獎之後，諾獎委員會接通了獲獎者之一、麻省理工學院教授雷納·韋斯先生的電話。

20世紀90年代，雷納·韋斯想到了一個絕妙的點子：用激光的干涉來測量引力波。

這個點子引來了加州理工的著名引力學家基普·索恩（Kip S. Thorne）的關注。於是，加州理工和麻省理工開展合作，主導了兩個激光干涉引力波觀測台（LIGO）的建設。LIGO長得像一個巨大的圓規，每一邊的長度都有4000米。兩個觀測台一個在華盛頓州，一個在路易斯安那州，相距3000公里。

LIGO團隊探測到一次引力波事件之後，義大利Virgo引力波天文台加入合作。就在2017年8月14日，科學家再次探測到引力波，這也是人類第一次使用三角定位法，比較準確地確定了引力波事件發生的位置，之前三次都只能在太空中模糊地指定一片弧形區域。

這樣一來，科學家就可以使用可見光望遠鏡、伽馬射線望遠鏡、X射線望遠鏡、中微子天文台等更多觀測，來觀察引力波事件發生的區域。如果能發現光或者其他形式的信號，無疑會再次刷新對宇宙的認知。

今年的諾獎得主

在電影里就讓大家見過黑洞了

引力波或許並沒有那麼高深。「事實上，引力波的頻率，是可以被人耳聽到的。」劉慶會說。

2015年12月26日，LIGO項目組在新聞發布會上播放了那段捕捉到的宇宙「聲音」——無數人通過直播聽到了，在一點嘈雜之後，短促又俏皮的「噗」一聲。

浙大力學系副教授李鐵風還設計過一個非常簡單的類比實驗，讓你「看一看」引力波——只需要拿起一個蘋果，往平整的床單上一滾，床單會產生一個連貫的褶皺印記，「如果床單是宇宙時空，那些痕迹就是『引力波』」。

甚至黑洞，我們也已經「見過」。

今年諾獎物理學獎的獲獎者之一基普·索恩先生，還有另外一個更廣為人知的身份——《星際穿越》的科學顧問兼製片人。

解析這部電影時，他曾經描述過，當人類近距離接近黑洞，可能會有的視覺體驗：《星際穿越》中，男主角仰面掉入黑洞時，有那麼一個短暫的瞬間，他看見整個宇宙的星光都被壓縮變小，束縛在一個圓形的圈裡，圈的周圍是盤狀結構，以外只剩下無限的漆黑。

劉慶會說，宇宙中能產生引力波的組合不只是黑洞和黑洞，還可以是黑洞加中子星，也可以是兩個中子星合併，或者兩個白矮星組合也可以產生引力波。「這都將是未來引力波探測領域的重大突破。」

新華社發

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！