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人类首探引力波:这个爆炸性的大新闻到底说了啥

时间:2016-02-12 09:44:52
  • 来源:果壳网
  • 作者:newtype2001
  • 编辑:newtype2001

无论时空如何变化,光速是不变的。如果激光跑过的路程被引力波拉长或者压短,激光通过该边的时长就会发生变化,从而影响探测器的结果。理论上,测量到了这些变化,科学家们就相当于测量到了引力波。

果然是好点子对吧?

除了一点——从在附近疾驰而过的汽车到极其微弱的地震活动,从仪器的轻微起伏到人为的信号改动,多得要命的各色因素都可以成为影响引力波测量的噪音。这就好比要在极端嘈杂的聚餐现在分辨出用牙签在杯子上敲出的莫尔斯密码一样艰难——这也是为什么要在相隔甚远的两地各设置一台LIGO,两边同时观测到一致的数据,才更能说明问题。

只是这样还不够。在LIGO和意大利的VIRGO引力波探测器进行联合观测前,一个3人的秘密小组成立,专门负责“搞破坏”:他们有可能会在观测数据中人为地注入信号。

由于,所有其他成员都对这一过程一无所知,这种被称为“盲注”的手段能有效防止LIGO摆乌龙。2010年9月16日,LIGO和VIRGO同时探测到一个信号,方向大概来自大犬座。这个代号为“大犬事件”的消息立即让LIGO科学合作组织大为振奋。大量的研究工作围绕大犬事件展开,论文有待发表,新闻稿箭在弦上。

然后,盲注3人组出来宣布对此信号负责:大犬事件的数据,是他们人为放出的假信号。

......这是在逗我?

尽管这种让全人类空欢喜的事情简直是欺骗感情消耗资源浪费时间,但这都是为了最大限度地保持小心谨慎。一旦LIGO宣布引力波的探测结果,将没有任何办法检验这一论断。所以,LIGO科学合作组织必须采取一切手段来确认结果的真实性。至今的所有失望,都是为了在真正抓住引力波的那一天能够足够自信。

那么,除却各方面的干扰,LIGO探测到真正的引力波的机会有多大?由于LIGO的设置所满足的测量要求仅能用于测量邻近星系里中子星或黑洞并合产生的引力波,它每年能遇见的引力波事件大概在1/10000件到1件之间。也就是说,在想方设法排除假信号之后,研究者还需要足够好的运气才能等到引力波的降临。

运气?对科学家来说,那种东西可没技术靠得住。在停止运行、升级许多新技术以后,更新的高新激光干涉引力波天文台(aLIGO)去年正式投入运行。跟LIGO相比,aLIGO变得更加灵敏。在重新运行几个月后,LIGO科学合作组织有了新的消息——

谜底

就在此刻揭晓

我们检测到了引力波。我们做到了!!

在美国国家科学基金会召开的发布会上,LIGO研究者公布了aLIGO在2015年9月发现了一个引力波信号。这个信号源自两个巨大的黑洞,他们经历了漫长的绕转,融合,通过引力波辐射能量,越转越近,最终并合形成更大的黑洞。经过10亿年的漫长旅行,这次并合产生的一小部分引力波信号抵达了地球。LIGO在15年9月14日探测到了,最终将它命名为GW150914。

▲图为英国的科学家们正在进行发布前的科普

朝闻道

夕死可矣

刘慈欣的小说《朝闻道》中,掌握宇宙终极理论的外星文明“排险者”造访了地球。在那个世界里,寻找终极理论所必须的能量,将导致我们所在的宇宙毁灭;而为了多重宇宙的安全,他们又不能直接把终极理论的细节告诉人类。但是一位地球物理学家提出,可以绕过这个所谓的知识密封准则:

你把宇宙的终极奥秘告诉我,然后毁灭我。

事就这样成了。他们用自己的生命,换取了短暂而永恒的领悟。

如果终极理论必将导致毁灭,那么排险者是如何得到它的呢?在小说中,答案就是引力波。上一个宇宙寻找终极理论的努力引发了真空衰变,但是在最后关头,他们将获取到的知识编码在引力波之中,发射了出去。排险者是我们宇宙中的第一个文明,也是唯一一个在引力波衰减到不可读之前破译了它的文明。

而现实中,站在排险者位置上的,也许其实是我们人类。

我们大概不会在真正的引力波里找到现成的终极理论。但是它所包含的信息,依然是创世的瞬间、黑洞的碰撞以及所有其他伟大的宇宙事件,甚至蕴含着引力的本质。而就像所有的信息一样,它不会永远存在下去。强大如LIGO的探测器,也只能探测到临近的中子星和黑洞碰撞产生的引力波蛛丝马迹;真正的宇宙历史性事件还在逐渐远去,引力波还在逐渐衰弱,宇宙还在逐渐膨胀,检测并理解它的难度只会越来越大。

引力波和物质之间的相互作用极度微弱,因此它的衰减也是极度缓慢的。可是,我们并不知道宇宙产生一个文明需要多久。刘慈欣在《三体》中用黑暗森林理论来解释费米悖论——为什么我们看不到外星人,但是现实中,有两个更加简单的可能解释:第一,智慧文明的诞生也许极端困难、极端罕见;第二,我们有可能是宇宙间第一批(甚至第一个)文明。

在这个意义上,我们也许将是最初和最后的人。宇宙并不在乎其间发生了什么,它自会按照自己的规律运行;而我们诞生在了一个幸运的时刻,或许能在不久的将来目睹终极理论的诞生,甚至可能将是唯一亲自见证这一瞬间的文明。宇宙最不可理解的事情在于它竟然是可以理解的,而倘若我们真的理解了它,那将何其有幸!朝闻道,夕死可矣;我们都将死去,但哪怕我们所创造的一切都将化为灰烬,我们依然能知道宇宙初生的那个黎明,和宇宙最终灭亡的那个夜晚。我们将凭知识超越时空——而今天,我们将在这条道路上迈出小小的又一步。

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