關於「引力波」問答

關於「引力波」問答

方陵生/編譯

阿蒙森-斯科特南極站的「BICEP2」望遠鏡

● 科學家近日宣布，通過南極BICEP2望遠鏡探測到了物理學家曾預測的引力波在時空中產生的漣漪。BICEP2檢測到的這種特別的引力波漣漪是宇宙大爆炸後的急速膨脹所產生的，引力波的發現讓我們有幸一瞥宇宙遠古歷史上最遙遠的那一瞬間。「引力波」涉及一些人們比較陌生的概念，以下是關於引力波的問答。

BICEP2宣告的意義是什麼？科學家需要多年時間來揭示這一發現的意義，以下是目前已經明確的重要意義：

· 早在100年前，愛因斯坦就已經預測到了「引力波」的存在。根據他的計算，這種引力波可能非常微弱，甚至可能微弱到永遠不會被探測到的程度。BICEP2的發現是引力波存在的有力證據，雖然還無法直接探測到。

· 發現引力波的存在有助於真正理解宇宙大爆炸最初時刻的物理過程，並確立當代宇宙學標準模型的理論基礎。宇宙膨脹說理論認為，在宇宙誕生的最初時刻，在一個極為短暫的瞬間，宇宙以指數速度急劇膨脹，經歷了其演化史上的一個「暴漲時期」。

· 在宇宙膨脹期間，宇宙的溫度——以及由此產生的基本粒子的能量——是如今任何實驗室能夠模擬實現的數萬億倍，即使是歐洲核子研究組織（CERN）的大型強子對撞機（LHC）這樣的粒子加速器，也無法做到。

· 因為宇宙膨脹是一種量子現象，引力波是經典物理學的一部分，引力波在這兩者之間建立了一種聯繫。引力波的存在可能成為引力像其他自然力一樣擁有量子性質的第一個證據。

什麼是引力波？根據愛因斯坦的廣義相對論，引力是指以質量改變空間形態的一種力量，靠近任何擁有較大質量天體附近的空間結構都會變得扭曲，但是這種空間結構的扭曲並不總是發生在大質量天體附近。另外，愛因斯坦還意識到，這種空間扭曲可以在整個宇宙範圍內傳播，就像地震波在地殼中傳播一樣。但與地震波不同的是，引力波在空間是以光速傳播的。

如果你能夠看見向著你迎面而來的引力波，你會看到它周圍的空間向上下左右各個方向時而拉伸，時而壓縮的景象。

唯一能產生引力波的只是宇宙膨脹嗎？不是。任何質量巨大且加速移動的天體都應該能夠產生引力波。我們唯一能夠直接探測到的引力波來自宇宙間的一些災難性事件，如兩個黑洞碰撞後融合為一個黑洞。世界各地的一些天文台正在努力探測來自遙遠黑洞合併時產生的動靜。

為什麼引力波不能直接測量，而只能通過射電望遠鏡探測到？引力波是宇宙膨脹時在宇宙時空中留下的痕迹，如今已經非常微弱，無法直接測量到。科學家在宇宙大爆炸38萬年後瀰漫於宇宙中的「基本粒子湯」中，通過「宇宙微波背景」尋找引力波的痕迹。觀測微波背景輻射用的是檢測無線電波的望遠鏡，引力波在宇宙微波背景上形成的「漣漪」只能通過射電望遠鏡觀察到。

為什麼引力波在南極被發現？BICEP2射電望遠鏡安裝在南極阿蒙森-斯科特南極站，位於南極海拔2800多米的冰蓋之上，那裡大氣稀薄，空氣乾燥，微波不會受到空氣中水蒸氣的干擾。此外，南極洲幾乎無人居住，所以也沒有來自手機、電視廣播，以及其他電子產品的干擾。

[責任編輯：則 鳴]

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