引力波为什么获诺奖 为什么今年引力波获诺奖毫无悬念?

2018-10-09 - 引力波

我看上去永远得不到诺贝尔物理学奖了,尽管我也许还能活不少年,也许能够活到今年诺奖获得者的平均年纪,接近80岁。这倒不是谦虚,这辈子,我做的理论研究,最有可能获得奖的是关于暗能量的工作,也就是全息暗能量模型。可是,这个模型是否正确,需要天文观测来证实或证伪,而天文观测进展实在太缓慢啦。

引力波为什么获诺奖 为什么今年引力波获诺奖毫无悬念?
引力波为什么获诺奖 为什么今年引力波获诺奖毫无悬念?

然而我是个诺贝尔物理学奖“预言大师”,过去几年都预言中了诺贝尔物理学奖获得者。今年例外,我懒得去预言。因为外行都知道谁会得奖。今年的这个奖没有任何悬念,一定会发给LIGO(激光干涉引力波天文台)的几个创始人和领导人,因为他们在前年和今年作出了世纪性发现,终于探测到了爱因斯坦一百年前预言的引力波。

引力波为什么获诺奖 为什么今年引力波获诺奖毫无悬念?
引力波为什么获诺奖 为什么今年引力波获诺奖毫无悬念?

引力波是什么?估计很多人在去年春节期间已经了解了。去年春节,LIGO公布了他们的第一个引力波探测事件。这个事件是他们在2015年9月14号探测到的,他们的两个探测仪器,分别位于美国路易斯安那州和华盛顿州,几乎同时被来自13亿光年外的两个黑洞合并事件影响了。

这种影响实在微乎其微,长约四公里的激光真空臂被来自13亿光年外的引力波改变了原子核尺寸的千分之一,这是什么概念?用米来衡量,是一百亿亿分之一米。难以想象。

正因为难以想象,这个实验的难度也是难以想象。LIGO从创始人设想这个实验到探测到引力波,经历了大约四十年时间。终于,在2015年秋天开始的时候,他们探测到第一个事件,两个黑洞的质量都接近30个太阳,到了那年的12月,他们又探测到第二个事件,这次的引力波来自于还是大约10亿光年之外的黑洞合并,只是黑洞的质量略微小了一点。

第二个事件探测到了之后,LIGO这个人类史上了不起的仪器休息了一下,也就是说继续被科学家和工程师们升级了一下。

到了今年一月份,LIGO探测到了第三个事件,又是黑洞合并。我想,这三次探测足以让LIGO获得诺奖了。想不到的是,位于意大利的独立仪器Virgo也在今年完成升级了,今年8月,LIGO和Virgo同时探测到第四次黑洞合并事件,这次是第三方独立证实,LIGO的物理学奖变得毫无悬念。

爱因斯坦在1915年,也就是102年前,建立了他一生最伟大的理论,广义相对论。这个理论认为,所谓万有引力,不过是时间和空间弯曲的结果。我们很容易想象一维空间和二维空间弯曲,比如橘子皮,就是一个二维空间,它不是平的,它是歪歪扭扭的,因此数学家和物理学家就说它是弯曲的。

我们很难想象宇宙的三维空间弯曲,但数学家和物理学家可以通过数学来描写这种弯曲。那么,时间弯曲是什么?这更难想象。看过《星际穿越》的人都知道,如果你去黑洞边缘旅行一次再回来,你和你的小伙伴比较起来会显得更年轻。因为,在黑洞边缘,时间流逝得很慢很慢。时间在不同地点流逝的速度不一样,就是时间弯曲。

爱因斯坦说,时间和空间的弯曲,导致万有引力,而能量则导致时间空间弯曲。他的理论看上去很难理解,但有个惊人的预言,存在引力波!既然时间空间形状会变,这些变化也会跟随时间变化。比方说,我们看到水面的形状会变化,如果这种形状变化还会随着时间变化,就是水波。将水波移植到时空形状变化,就是引力波了。

导致时空形状弯曲需要能量。导致形状弯曲随时间变化需要能量也变化。物理学家们真的没有想到,验证爱因斯坦伟大的预言居然来自两个黑洞的合并。(李淼)

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