美国科学家11日宣布探测到的引力波。引力波是一种声音吗?能不能实现科幻作品里的应用?“带走”3个太阳质量的引力波来了,要不要害怕?那么费劲探测爱因斯坦一百年前预言的引力波,到底为什么?这项研究与中国的引力波探测工程“天琴计划”有何异同?
“天琴”或实现三愿景
参与此次引力波研究的美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)的数据分析专家、加州理工学院物理系教授艾伦·魏因施泰对记者说,他对中国中山大学牵头、利用人造卫星探测空间引力波的“天琴计划”充满期待。他说:“探测到引力波只是刚刚开始,并非结束,我们非常需要中国科学家的努力。”
LIGO科学合作组织的研究成员、加州理工学院物理学教授陈雁北说,他希望“天琴计划”实现3个愿景。第一,测量引力波可借助不同的“窗口”。如果中国的空间引力波项目观测到大质量或超大质量的黑洞并合,将对人类理解宇宙演化起到非常重要的作用。
其次,“天琴计划”可与LIGO天文台进行联合观测。比如,信号首先进入“天琴”的观测范围,随后抵达LIGO天文台,再次被观测,将使科学家对同一波源掌握更多信息。此外,将“天琴计划”作为发展空间技术的平台,促成不同领域科学家的合作,无疑对中方计划具有重要意义。
引力波是声音或乐器?
“时空涟漪”、“宇宙呢喃”……引力波被赋予了太多诗意。科学家认为,探测微弱的引力波,如同在一个喧闹的聚会上辨别一首歌。人类探测到引力波,正如一个失聪的人突然获得听觉,从此获得感知世界的全新方式。
但是,引力波是一种“声音”吗?
宇宙以光的形式向人类传递了太多信息,如今引力波在时空中向我们传递着类似声音般的新信息。魏因施泰教授对新华社记者说:“这正如在时间和空间中演奏的乐曲,是由黑洞用力拨动的吉他琴弦。这只是交响乐的开始,而非结束。”
“我们愿意把它称为一种声音,但引力波并不是声音,”魏因施泰解释说,声音以音速在空气中传播,而引力波则是以光速传播,可以在真空中传播。两者都是一种震动,但引力波是一种全新的震动方式。LIGO天文台将探测器连接到扩音器,从而“听到”引力波的声音。
陈雁北则指出,引力波也是一种机械振动,如同用非常大的能量,在宇宙中敲响了一面蒙皮紧绷的鼓。从这个角度来说,中国“天琴计划”这个名字“太棒了,比喻得非常恰当”。
当引力波“来袭”会怎样?
美国科学家宣布,他们利用LIGO探测器于2015年9月14日探测到来自于两个黑洞合并的引力波信号。据研究人员估计,这两个黑洞合并前的质量分别相当于36个和29个太阳质量,合并后的总质量是62个太阳质量,其中3个太阳质量的能量以引力波的形式在不到1秒的时间内释放,释放的峰值能量比整个可见宇宙释放的能量还要高出约50倍。
听上去这么牛,那么引力波向你“袭来”会怎样?
陈雁北教授说,引力波携带的能量很大,但实际对物质产生的作用却十分微弱,这也是探测它很困难的原因。如果把引力波在地面附近的能量流单位时间和面积算一算,就会发现它不能挪动电荷,所以作用很微弱。
能否借助引力波实现星际航行、时空穿越或者星际通信呢?加州理工学院物理系教授魏因施泰说,引力波离应用阶段还很远。现在谈“借助引力波时空旅行”之类的科幻设想还为时太早,利用引力波的宇宙通信也只是一种微弱的可能。
魏因施泰认为,探测到引力波后,应将其写入物理课本,“孩子们应该知道这件事,睁大眼睛看天空。也许这离日常生活还很遥远,但我们需要好奇”。下一步,他认为应去证明更多引力波的存在,而非只是探测到引力波信号,这将帮助人们了解宇宙中大质量天体、中子星、黑洞的数量和演化,帮助人类了解宇宙中更多新领域和新现象。