什么是重力波

ysc

2016-02-12 13:44 联合晚报 综合报导



爱因斯坦一百年前在其广义相对论中假设重力波。根据相对论，空间与时间交织成「空时」（spacetime），我们的宇宙观念因此在3D之外加上第四维。爱因斯坦广义相对论所有要义几乎都已观察或实验证实，只欠重力波。 路透


爱因斯坦一百年前在其广义相对论中假设重力波。根据相对论，空间与时间交织成「空时」（spacetime），我们的宇宙观念因此在3D之外加上第四维。爱因斯坦广义相对论所有要义几乎都已观察或实验证实，只欠重力波。

依爱因斯坦之见，质量以其重力扭曲空间／时间。一个常用的比喻是把空／时看成蹦床，把质量视为蹦床上的保龄球。蹦床上的物体会「落」向床心，此即重力。

有质量的物体加速时，例如两个彼此环绕运行的黑洞加速时，会沿它们周围已经有曲度的空／时，以光速送「波」，像池塘里的涟漪。

物体质量愈大，波愈大，愈容易侦测。

重力波在宇宙里行进，不受任何阻碍。关于宇宙，目前所知的一切都来自电磁波，如无线电波、可见的光、红外光、X 光及伽马射线。这些波行进时会遭受干扰，让科学界了解的宇宙只是局部的。

重力波没有障碍，因此是丰富的新知来源。黑洞即为一例，黑洞不放光、无线电波，但可以透过重力波来研究。

最强的波，来自黑洞合并、巨型星体爆炸，或138亿年前宇宙诞生。


间接而言，黑洞的存在又添一证。 路透

侦获重力波为什么重要?

重力波是爱因斯坦理论的一项关键假设，改变了人类对空间与时间的观念，科学家追求重力波证据，如今终于有成。

侦获重力波，为天文学开启令人振奋的新路，因为从此可以根据遥远的星球、星系、黑洞所产生的波来测量它们。

间接而言，黑洞的存在又添一证。


无论望远镜多完美，天文学家都无法以光学仪器入窥宇宙诞生的头40万年，因为太过浊黯，连光也挣不脱那样的太初浓浆。但重力波一定自始就存在。 路透


为什么要追重力波?

重力波有助解答宇宙创生那一刻的各种问题。天文学回顾时间，也回顾空间。要远视130亿光年以外，就得捕捉130亿光年前发出的光。

无论望远镜多完美，天文学家都无法以光学仪器入窥宇宙诞生的头40万年，因为太过浊黯，连光也挣不脱那样的太初浓浆。但重力波一定自始就存在。

发现重力波，物理学就此下课吗?

不然。问题愈来愈多。有形可见的宇宙为什么是物质而非「反物质」做的?

为什么宇宙96%是看不见、侦不到的，以黑暗物质的形式存在，而且比「黑能」更神秘？宇宙何以似乎稳定？宇宙就这一个吗，或者这只是数目无限的宇宙里的一个？追根究底，宇宙为何存在？

爱因斯坦的重力波理论获得证实，一组问题终于有解，但也带来一系列全新的谜。

ysc

2016-02-12 13:44 联合晚报 国际新闻组／综合报导



专家说，爱因斯坦的天才与他所处的时代或既有的科技无关。 图/取自网络


爱因斯坦只用笔和纸推想出的重力波理论，手稿迄今早已泛黄，终于在百年后获得证实。

希伯来大学物理系系主任科尔说，重力波的发现是科学家和重视爱因斯坦遗产者的历史性一天，「它为宇宙开启了新的一扇窗，让我们看到宇宙的进程，并可能引领许多无法预料的研发。」

爱因斯坦100年前提出广义相对论时，可以使用的工具极有限；当时计算机、网络、打印机、原子笔、随身型计算机仍未问世，只有极少数家庭有电话；科学家在百年后花了11亿美元（约台币368亿元），才发现广义相对论中预测的重力波，但爱因斯坦当年仅凭纸、笔、努力工作与不世出的才具，提出历久弥新的旷世理论。

「现代科技的灵敏度远非当时可以比拟。」但卡地夫大学重力物理学教授沙泰亚普拉卡希表示，即使当时的科技较进步，科学家很可能也想不到利用它们侦测重力波。


100年 11亿美元 印证他的1张纸1支笔希伯来大学档案管理员指著爱因斯坦有关重力波存在假设的原始文件。 路透


100年前，收音机已经发明，但仍未进入一般人的日常生活。第一通洲际电话1915年接通；冰箱仍未出现；汽车与马车在路上并行；艾菲尔铁塔是全球最高的建筑物。以数学领域而言，笨重的康普托计算机是最顶尖的运算工具。至于物理学，初级的干涉仪已经出现，却与发现重力波的雷射干涉仪重力波观测站相去极远。

沙泰亚普拉卡希说：「直到爱因斯坦首次提出他的理论之后大约50年，科学家才略微了解重力波是什么。事实上，即使当想出初步的答案时，爱因斯坦本人也难以立刻相信重力波确实存在。」

专家说，爱因斯坦的天才可能与他所处的时代或既有的科技无关。英国杜伦大学粒子物理现象学研究所的瑟迪诺表示：「爱因斯坦重力理论的优雅并不仰赖运算能力，而在于原理本身的优雅。」

以色列11日展示爱因斯坦的手稿。耶路撒冷的希伯来大学爱因斯坦档案馆馆长葛洛兹指著两页手稿说：「爱因斯坦用字和笔发明的理论，却耗费人类100年研发出仪器，才得以窥探此理论一二。」

这两页分别写于1916年及1915年的手稿，爱因斯坦1955年去世时，把所有研究手稿留给希伯来大学。