发现引力波的意义,引力波的发现有什么意义

2020-11-25 13:45:57 字数 4457 阅读 7015

1楼:百度知道**

ligo(激光干涉引力波天文台)项目已经证实了爱因斯坦笔下的“时空涟漪”,即引力波,开启了天文物理学的新纪元。

大约130亿年前, 两个超级黑洞各自旋转着向对方接近,直到碰撞**。黑洞瞬时发生塌缩,30倍太阳的质量被压缩在微小空间之中。 两个黑洞融合产生的巨大的引力产生了一个新的黑洞,强大的引力场扭曲了时空,产生的引力波穿透空间。

由黑洞碰撞产生的能量超过了宇宙中可见星系和恒星释放能量的总和。这听起来不可思议,但类似的事情被科学家们普遍认为在宇宙中常有发生;然而,由这种碰撞所产生的引力波还是第一次被人们所探测到。

2016年2月11日,在备受关注的华盛顿发布会(该发布会同时在多地举行)中,科学家宣布,通过激光干涉引力波观测站(ligo)首次观测到了引力波。从而宣布持续了大半个世纪的“寻找引力波”项目获得了巨大的胜利。

ligo的项目总负责人 david reitze在会议上宣布,这确实是人类科学史上又一次堪比登月的壮举,我们真真切切地观察到了引力波,证明引力波确实存在着。有人将毕生的时间投入到这个项目中,还有许多人在此之前就去世了,未能见证这一历史性时刻。同时,ligo团队成员,哥伦比亚大学物理学家 szabolcs marka说道:

“投入的时间以及经费都很值得,这次发现真是令人激动。这并不仅仅说是你发现了某种未曾发现的东西,而是你向其余人自豪地宣布这个发现,向全人类分享此次发现,具有非常重大的意义。”

人类史上建造的最复杂的系统之一

美国国家**会投资了十亿美元进行ligo项目,并且有超过1000名科学家在为其工作。该项目利用了位于华盛顿和路易斯安那州的两个探测器来监测引力波穿过地球时造成的时空扭曲现象。每个探测器的形状类似于一个巨大的“l”,两条管状长臂相互垂直,每个长度长达4千米。

激光发生器产生的激光在管内来回反射,通过精确的原子钟来测量激光来回耗费的时间。通常情况下,由于两边的长度相等,因此两边内的激光来回耗时相等。如果引力波穿过该探测器,由于引力波对空间的影响,会使两臂长度发生微小变化,同时两原子钟的计时也会产生差异,最后导致两边内激光来回的耗时不再相等。

由于引力波造成空间变化的量级非常小,大约为质子直径的千分之一,因此ligo必须具备极高灵敏度的探测器才能监测到这种微弱的变化,这就对探测器的设计建造提出了巨大挑战。这是人类史上建成的最复杂系统之一 ,为了使探测器具有超高的灵敏度,科学家们进行了长时间的技术攻关。影响探测结果的外界因素很多,例如飞机飞行、风吹、微弱的**等都会对探测器造成干扰,产生大量的“噪音”。

即使是打开控制室开关这个动作,都会被探测器感觉到。为了排除外界因素的干扰,使结果准确无误,科学家们在华盛顿州和路易斯安那州分别建立了ligo探测器来排除外界噪声污染对实验结果造成的影响。通过对比两地探测器的结果,最终真真切切地发现了来自地外的引力波。

2002年,ligo探测器初次运行,直到2010年还未发现任何引力波的迹象,之后科学家全面关停了探测器并对ligo探测器所有部件进行了改进,包括增大了激光产生器的功率和更换了反射镜。第二代ligo于2015年9月18日重新正式开始运行。目前,第二代ligo的探测灵敏度较以前已经提升了两倍,接下来,科学家仍会对ligo不断改进,未来,ligo的探测灵敏度将会提高十倍。

迟来的引力波

在此之前,引力波存在的强有力证据来自于对脉冲星(又称波霎,是中子星的一种,为会周期性发射脉冲信号的星体)的观测结果。1974年,科学家joseph taylor 和 russell hulse发现了一颗围绕中子星旋转的脉冲星,随后的研究表明,脉冲星的环绕轨道长度逐渐减少。科学家们推测,脉冲星在轨道运行的过程中,其能量显然在逐渐减少,这种能量极有可能是以引力波的形式逐步向外辐射扩散。

这次的发现使得taylor和russell 两位科学家获得了1993年的诺贝尔物理学奖。自此之后,人们越加地希望能够探测到引力波的“真身”。 taylor感叹“我一直都在寻找它,毫不停歇,这花费了我很长的时间,这个过程非常考验人的耐心,而且只要时间够长,我们一定可以发现它。

”这次发现不仅仅证明了引力波的存在, 还更加确定了黑洞的存在。此前人们几乎都认为黑洞存在,并且有许多证据已经间接地表明了黑洞确实存在,但之前并没有直接证据证明其存在,仍然存在很多的不确定性。除了引力波,其他任何证据都不能直接表明黑洞的存在。

”ligo以及接下来的引力波研究实验将会检验广义相对论的正确性。这个具有100年历史的理论经历了时间的考验,但是却不符合量子力学的结论。从现在起,广义相对论将会接受前所未有的全面考验,同时其理论内容也有机会被大大完善。

在众多为研究引力天文学而建设的项目中,ligo是第一个。今年,在意大利一个名为virgo的项目也会成立,同时在2020年前,日本的kagra(大型低温引力波望远镜)也将投入观测。并且,去年12月份发射的lisa pathfinder空间探测器也将开始探测来自于超级黑洞碰撞产生的引力波。

只要你从新视角来理解宇宙,总会发现全新的事物。当年伽利略将第一架望远镜对向天空,看到了星星和月亮,我们随后改进了它并且探测到了微波背景辐射,紫外线,又发明了射电望远镜。我们对宇宙了解越来越多,如今引力波的发现正如伽利略的第一架望远镜,将会对宇宙探索产生巨大的推动。

未来会发现什么,非常令人期待。

引力波的发现有什么意义

2楼:匿名用户

首先,这一发现填补了广义相对论实验验证的最后一块缺失的拼图。

爱因斯坦1916年发表的广义相对论预言了宇宙诞生之初产生的一种时空波动——原初引力波——的存在。过去近百年中,广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星的近日点进动以及引力红移效应都已获证实,唯有原初引力波因信号极其微弱,技术上很难测量,而一直徘徊在天文学家“视线”之外。剑桥大学博士、加拿大不列颠哥伦比亚大学的“cita国家研究员”马寅哲认为,原初引力波的发现是支持广义相对论的又一有力证据,相对论所预言的所有实验现象全部被验证,实验与理论符合得都很好。

其次,这一发现打开了观测宇宙的一扇新窗户。

在天文学几百年来的发展过程中,人们观测宇宙的主要手段是观测光,也就是说几乎所有天文实验都是在收集光子。而根据标准宇宙大**理论,大**之后约40万年,光子、电子及其他粒子混在一起,宇宙处于晦暗的迷雾状态,光无法穿透。而引力波则不同,它诞生在宇宙大**之初并以光速传播。

从事引力波研究多年的美国亚利桑那州立大学理论物理学家劳伦斯·克劳斯认为,引力波被测量到,意味着人们可以通过引力波而一直追溯到大**之后仅仅10的负35方秒的极早时期,同时引力波也可以作为另一种观测宇宙的手段。引力波天文学这门新学科的大门也由此打开。

第三,这一发现有助于真正理解宇宙大**原初时刻的物理过程。

根据上世纪80年代逐渐发展起来的暴涨理论,140亿年前,在大**之后不到10的负35方秒的时间里,宇宙以指数速度急剧膨胀,即所谓“暴涨过程”。原初引力波忠实记录了暴涨时期的物理过程。马寅哲告诉记者,现在关于大**原初时刻的理论模型有数百个,但“到底哪个对,还是都不对,在今天之前是不清楚的。

但如果(美国科学家的)结果是真的,那么很多理论模型会被排除”。

第四,这一发现意味着对宇宙微波背景辐射的测量将会进入下一个重要里程碑。

宇宙微波背景辐射是宇宙大**的“余烬”,是一种弥漫在整个宇宙空间中的微弱电磁波信号。过去几十年中,人们测量微波背景辐射,其实主要测量的是温度场的信息,却一直没有测量到引力波的独特印记——b模式偏振。目前,全球多个小组在探测引力波,新发现无疑将极大鼓舞他们的士气,并促进有关国家进一步加大科研经费和人力资源投入。

马寅哲表示:“此项工作若获证实,当之无愧是诺贝尔奖级的工作。而且在此之后,关于引力波的诺贝尔奖可能还会再出现。

宇宙‘暴涨’理论的提出者也可能获奖。”克劳斯也对新华社记者说,新研究还需要进一步验证,但如果获得证实,它“可以跻身过去25年最重要的宇宙学发现之列”并可能获得诺贝尔奖。

3楼:匿名用户

引力波最重要的意义在于,人类从过去到现在所有对自然界的观测,包括天文观测,主要依赖于电磁波,也就是雷达或者光学波段的电磁波对未知世界进行探测。而有了引力波以后我们就对自然界多了一种探测手段,这是一个质的差异。引力波的探测有可能使我们了解到更丰富的有关于黑洞、中子星等等这些天体在发生一些现象和剧烈变化时的时空变化,所以说它对于了解物质世界是非常有用的。

引力波的发现对于物理学有着里程碑的意义,证实了爱因斯坦100年前的预言,完善了相对论的证明。提供了一种全新的观测宇宙的工具,此前的观测只能依靠“眼睛”,现在还可以使用“耳朵”。此外还有以下意义:

①证明了黑洞的存在;②证明引力波以光速传播;③为恒星**,中子星的形成,宇宙膨胀速度和测量提供了有利的研究工具。

“原初”在宇宙学中一般是泛指“复合之前”这个阶段。宇宙在大约38万年的时候,随着温度的降低,自由质子和电子重新结合成中性原子——所谓“复合”。此时,等离子体的雾霾散去,宇宙变得透明,光可以畅行无阻。

于是这些光,经过137亿年的征程,进入我们的“眼睛”,即是所谓“宇宙微波背景辐射”——婴儿宇宙38万岁时的**。

“宇宙微波背景辐射”在1964年就被贝尔实验室的penzias和wilson发现了,并为二人带来了1978年的nobel物理学奖。

在早期宇宙研究中,“原初”更进一步特指“宇宙学暴涨”——宇宙极早期经历的急剧加速膨胀过程——时期。

回到引力波。通常的“结构”——星系、超星系、超星系团,是宇宙空间中质量“密度”的起伏。密度是空间的“标量场”,而引力波——却是空间的“张量场”波动。

引力波的发现有什么神学含义,引力波是什么?引力波的发现意味着什么

1楼 一丁 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 会 nsf 在华盛顿特区国家 中心宣布 人类首次直接探测到了引力波。引力波探测的成功,为人类观察宇宙提供了一个崭新的窗口。 引力波的发现为宇宙大 理论提供了强有力的支持,也蕴含了 时空有始 的神学含义...

新引力波发现新引力波对人类到底有何意义

1楼 就是为了验证爱因斯坦广义相对论的预言以及宇宙大 产生的时空涟漪。超前科学。 引力波的发现有什么意义 2楼 匿名用户 首先,这一发现填补了广义相对论实验验证的最后一块缺失的拼图。 爱因斯坦1916年发表的广义相对论预言了宇宙诞生之初产生的一种时空波动 原初引力波 的存在。过去近百年中,广义相对论...

为什么探测到引力波有如此重大意义

1楼 堵庆生夙恺 直接探测到引力波有多重要?包括中国科学家在内的多国家科学家认为,新发现不仅填补了广义相对论实验验证中最后一块缺失的拼图,让现代物理学的根基更加坚实,也意味着科学家抓住了揭开宇宙奥秘的 钥匙 ,有助于了解宇宙的起源和运行机制。 英国著名理论物理学家斯蒂芬 霍金表示 引力波提供了一种人...