2017 年度诺贝尔物理学奖授予了引力波的发现,我们用读得懂的方式告诉你有关发现的那些故事

北京时间 10 月 3 日下午 6 点(瑞典当地时间中午),2017 年度诺贝尔物理学奖颁出,瑞典皇家科学院将今年的诺贝尔物理学奖授予了三位美国科学家——麻省理工学院教授 Rainer Weiss(雷纳·韦斯)、加州理工学院教授 Barry C.Barish(巴里 C·巴里什)和加州理工学院教授 Kip S.Thorne(基普 S·索恩),以表彰他们在“发现引力波方面所做出的贡献”。

相信很多人对其中基普·索恩这个名字并不陌生,因为他正是克里斯托弗·诺兰导演的电影《星际穿越》的科学顾问,为影片中的虫洞穿越等提供了理论支撑。

三个人是引力波探测这一国际联合科学项目的主要发起人,其中韦斯将获得一半奖金,巴里什和索恩则分享另一半。引力波的发现获得诺贝尔奖可以说是众望所归,毕竟它称得上是近年来最重要的物理学发现,也是经典的广义相对论的直接预言之一。不过从引力波的提出到它真正被探测到花了 100 年的时间,爱因斯坦虽然预言了它的存在,却不认为人类可以检测到它。

其实早在 1993 年,美国科学家 Joseph Hooton Taylor(约瑟夫·胡顿·泰勒)和 Russel Alan Hulse(拉塞尔·艾伦·赫尔斯)的发现就被认为是引力波存在的重要证据,他们也因此获得了当年的诺贝尔物理学奖。不过人类真正探测到引力波,还是要归功于黑洞理论和有着两条 4 公里长臂、被简称为 LIGO 的激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)。

两座分别位于美国华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的 LIGO 探测器于 2015 年 9 月 14 日成功探测到了引力波,这个引力波来自于 13 亿光年外,一个 36 太阳质量的黑洞和一个 29 太阳质量的黑洞碰撞后合并成了一个 62 太阳质量的黑洞,损失的 3 个太阳质量就以引力波的形式向外发出了能量,能量功率峰值相当于 200 太阳质量/秒。 

LIGO 观测到的引力波过程只有 0.4 秒,仅相当于在 4 公里的 LIGO 探测器长臂上有质子直径千分之一的的长度改变,但这个微小到我们人类自身可能永远无法感知的振动,却带领我们在探索宇宙这件事上向前迈进了一大步。此后 LIGO 又三次探测到了黑洞合并所产生的引力波。最后一次也就是今年 8 月 14 日的那次更是美国和意大利的 LOGO 探测器同时探测到的,这也被美国国家科学基金会主席弗朗斯·科尔多瓦称为“令人激动的里程碑”。

引力波的探测对于我们探索宇宙有着举足轻重的作用,它可以帮助我们以全新的视角观察宇宙,尤其是直接研究黑洞,同时它也为我们探索一些宇宙的终极谜题例如宇宙大爆炸打开了一扇大门。也许未来,我们真的可以像索恩教授在《星际穿越》中设计的那样利用虫洞或者高维宇宙完成真正的星际穿越,去往更深远的宇宙空间。拉斯维加斯枪击案也许又一次让我们开始怀疑世界是否真的在变得更好,但总有引力波发现这样的科学进步让我们愿意去相信,某些光明的希望就在前方。

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