30年前,人類首次間接預言引力波,但缺乏超精密儀器也無可奈何

宇宙印象 發佈 2022-10-05T06:40:46.998111+00:00

從引力波被發現整個過程看,在1993年的時候,科學家已經知曉宇宙存在引力波,但由於沒有足夠精密的測量裝置,只能通過間接的方法得知引力波的存在。只有在直接證據面前,才能確定引力波是真實存在的。

從引力波被發現整個過程看,在1993年的時候,科學家已經知曉宇宙存在引力波,但由於沒有足夠精密的測量裝置,只能通過間接的方法得知引力波的存在。只有在直接證據面前,才能確定引力波是真實存在的。

宇宙印象|獨家 深度科普欄目第1618期

自從人類在2015年首次直接觀測到引力波之後,證實了宇宙時空「漣漪」是存在的,前提是需要大質量天體才能產生能夠被我們儀器探測到的引力波事件,比如兩個黑洞合併。2017年,科學家又探測到兩顆中子星合併的引力波事件,進一步證實了引力波的存在。

事實上,早在1993年,美國物理學家赫爾斯、泰勒在發現脈衝星雙星PSR B1913+16時,就第一次間接預言了引力波的存在,這是人類發現的第一個脈衝雙星系統,包括一顆脈衝星和一顆中子星,兩個天體圍繞一個質心公轉。

那麼脈衝星雙星是如何與引力波的間接發現存在關聯?原因在於,脈衝星雙星在相互圍繞公轉的過程中,會不斷通過引力波丟失能量,其軌道衰減的幅度可使用廣義相對論進行解釋。通過計算發現,脈衝星雙星PSR B1913+16系統的半長軸每年縮短3.5米,大約3億年後會發生合併。計算結果也間接證明了,雙星系統通過引力波損失能量,導致公轉周期不斷變小,這也是人類首次間接證明引力波存在的證據。

顯然,探測引力波需要直接對其進行測量,並且計算出損失的質量,這就需要用到非常精密的儀器,比如LIGO引力波天文台。該天文台建成於2002年,當時啟用時還無法探測到引力波,於是美國方面對這台超精密的測量裝置進行了升級,花費了5年時間,終於在2015年重新啟用,很快就有了新的發現。

於是我們看到了在2015年首次直接觀測到引力波,科學家使用LIGO引力波天文台探測到兩個黑洞合併,在不到1秒的時間內損失3個太陽質量,這些質量通過引力波的形式發射出來,最終被我們的設備檢測到,這是直接證明引力波存在的證據。

從引力波被發現整個過程看,在1993年的時候,科學家已經知曉宇宙存在引力波,但由於沒有足夠精密的測量裝置,只能通過間接的方法得知引力波的存在。只有在直接證據面前,才能確定引力波是真實存在的。宇宙印象獨家發布,未經授權禁止轉載。

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