更新:三位科学家因引力波探测而共获诺贝尔物理学奖

2017年诺贝尔奖颁给了爱因斯坦 100多年前预测的一项发现。

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2017年10月3日,星期二--9:00

Yuen Yiu, Staff Writer

(Inside Science)—2017年诺贝尔物理学奖颁发给三位美国物理学家,表彰他们在 “LIGO探测器和引力波观测领域所做出的决定性贡献”。

该奖项颁发给马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院的Rainer Weiss, 加州帕萨迪纳加州理工学院的Barry C. Barish和Kip S. Thorne. 2015年人类首次探测到引力波,这三位获奖者负责与此相关的科学理论和实验技术工作。

什么是引力波

引力波是物体间通过引力相互作用而发出的时空波纹。 2015年9月14日,科学家们首次探测到引力波。该信号来自一对合并的黑洞并被位于路易斯安那州和华盛顿州的LIGO Scientific Collaboration探测到。该信号最终被研究组确认并于2016年2月11日正式公布于世。

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荣誉归于LIGO团队

“我将这项荣誉更多地视为对一千多个同事集体工作的认可,” 诺贝尔奖新桂Rainer Weiss通过电话在瑞典斯德哥尔摩的诺贝尔奖新闻发布会上说。 “ 这是一项需要不懈努力的研究工作,它进行了很长时间--我不愿告诉你有长达40年之久。”

LIGO 研究团队将详述该研究发现的论文于2016年2月11日发表在期刊 Physics Review Letters 上。LIGO,是激光干涉引力波天文台的缩写,它是世界上最大的引力波观测站。它是第一台灵敏度高到足以探测经过的引力波所引起的极小振动的仪器。

引力波信号强度非常大却又非常遥远

由LIGO探测到的第一个引力波信号( first signal of gravitational waves detected by LIGO )

是由两个比我们的太阳重二十几倍的黑洞互相碰撞时产生的。黑洞合并所释放的质能是巨大的,约六千万亿万亿吨。作为对比,黑洞合并所释放的能量比1945年广岛核弹所释放的能量高十亿万亿万亿倍。

然而,由于黑洞合并发生在十亿多光年之外, 当引力波到达我们的星球时,它已经安静得如耳语般的微弱。

相比较而言,当2002年LIGO第一次运行时,它的灵敏度相当于质子宽度的一千分之一。但是关键性的引力波信号直到LIGO完成2014年的升级,灵敏度提高了十倍,达到质子宽度的万分之一时才被探测到。

LIGO的两个干涉仪一个位于华盛顿州的汉福德市,另一个位于路易斯安那州的利文斯顿市,相距1865英里。两个天文台修建得相隔如此之远是为了确保本地振动信号不会被误认成是来自宇宙的信号。

这项发现有多重要?

确定我们有能力探测引力波革命性地改变了我们观察宇宙的方式。 在发现引力波之前, 天文学已经在很大程度上被限制成一场光线秀,一个恰当的比喻来形容引力波发现之前和之后的时代就像是无声电影时代和有声电影的发明。引力波天文学能够收集到以前无法获得的数据,例如中子星和黑洞等天体的数据,关于超新星等天文事件的数据,以及大爆炸后紧接着发生的过程的数据。

“我们已经知道我们能够探测黑洞系统;现在我们希望能够探测到含有中子星的二元系统的信号。我们也在银河系中寻找旋转星体的周期性信号,” LIGO前发言人Gabriela Gonzalez在2016年接受Inside Science访谈时说。 “就像望远镜一样,在观测到第一颗星星后,你无法停止继续观测星空--你每晚会观测。”

我们如今的观测水平如何?

上周公布了第四个确定观测到的引力波。这一天文事件不仅被LIGO的两台仪器探测到,位于意大利的一个名叫Virgo的第三方仪器也探测到了该信号。这是Virgo探测到的第一个引力波。由于有三台仪器的数据,科学家们能够对信号源--一对碰撞的黑洞进行三角测量。Virgo系统还能够帮助测量该引力波的极化,这是以前仅仅通过LIGO无法获得的关键信息。

LIGO和Virgo的科学家和工程师们正在努力进一步提高仪器的灵敏度。 在上周发布的最新探测发现的新闻发布会上, LIGO的发言人David Shoemaker表示,他们的目标是在2018年底将LIGO的灵敏度提高一倍。

“ 如果你能将灵敏度提高一倍,那么就能看到两倍远的距离,如果你能看到两倍远的距离,那么就能看到宇宙中八倍以上的体积,” 利文斯顿LIGO的现任主管Joseph Giaim在接受Inside Science采访时说。

编者按: Inside Science关于2017年诺贝尔奖报道的全部文章,参阅:https://www.insidescience.org/nobel-coverage/2017

关于我们近年来对诺贝尔奖的报道,请点击https://www.insidescience.org/nobel-coverage

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