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爱因斯坦在相对论中提出了众多理论,已经逐一得到了验证,但是广义相对论中的引力波(重力波/Gravitational wave)却一直是个谜,科学家为了发现它穷尽了精力。
现在,曙光终于出现了!据香港《文汇报》报道,美国亚利桑那州立大学收到可靠证据称,美国的激光干涉引力波观测站(LIGO)已经成功侦测引力波!
若传闻属实,广义相对论里这一最重要的预测在提出整整100年后将得以证实,让人类可以进一步揭开宇宙奥秘,成为宇宙暴胀和大爆炸理论的强烈证据,大大促进人类宇宙观的发展。
爱因斯坦在广义相对论提出,物质在时空中运动时,附近的曲率会随之改变。如果是大质量物体运动,例如两个黑洞碰撞,所产生的曲率变化会像波一样向外传播,导致时空压缩、伸展,这就是引力波。
引力波现象是广义相对论的局域洛伦兹共变性的结果之一,因为它限制了相互作用的传播速度。相反,牛顿引力理论中的相互作用都以无限的速度传播,所以在这一理论下并不存在引力波。
理论上可以被探测到的引力波射源包括由白矮星、中子星或黑洞组成的联星系统,不过引力波的能量极其微弱,传到地球时已经几乎消失,再加上地球上的各种通信干扰来源众多,要在找到引力波的踪影,比大海捞针还要难得多。
LIGO团队在美国首都华盛顿及路易斯安那州各安装了一块巨型镜片,再发射激光,让光束在两块镜片之间往来穿梭,进而检测光束内的信号干扰,藉此寻找引力波。
在此之前,科学家已通过各种间接方法发现了引力波的证据。例如,拉塞尔·赫尔斯和约瑟夫·泰勒发现赫尔斯-泰勒脉冲双星在互相公转时逐渐靠近,这为引力波的存在提供了证据,两人因这项发现于1993年获得了诺贝尔物理学奖。
2014年3月17日,哈佛-史密松天体物理中心的天文学家宣布利用BICEP2探测器在宇宙微波背景中观测到引力波的效应,但在后来的分析验证中发现无法排除星际尘埃的可能。
双星系统绕质心运动的示意图:牛顿力学中这个轨道总是稳定的,但在相对论力学下引力辐射会造成轨道的缓慢收缩
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