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天文学上诈骗电磁频谱(比如可睹光、X射线、红外线等)来斟酌宇

时间:2019-02-14来源:未知 作者:admin点击:
当LIGO宣布了引力波被探测到这一历史性消息后,英国物理学家及黑洞理论学家斯蒂文霍金迅速对以美国科学家为首的科学联合组织表示了祝贺,并分享了他对这一历史性消息的激动之情。 这些结果证明了爱因斯坦广义相对论里几项非常重要的预言,霍金在BBC的访谈中

  当LIGO宣布了引力波被探测到这一历史性消息后,英国物理学家及黑洞理论学家斯蒂文·霍金迅速对以美国科学家为首的科学联合组织表示了祝贺,并分享了他对这一历史性消息的激动之情。

  “这些结果证明了爱因斯坦广义相对论里几项非常重要的预言,”霍金在BBC的访谈中说道。“直接证明了引力波的存在。”

  直接探测到引力波不仅证明了爱因斯坦著名的广义相对论,还让之前“漆黑”的宇宙第一次向人类敞开了大门。天文学上利用电磁频谱(例如可见光、X射线、红外线等)来研究宇宙,但电磁频谱中不发光的星体会被忽略。然而现在我们知道了如何探测引力波,我们探测和研究某些最高能宇宙现象的范式也可能就此改变。

  “引力波为我们观察宇宙提供了一条崭新的路径,”霍金说道。“观测到引力波就意味着有可能带来天文学上的革命。”

  通过LIGO在路易斯安那州和华盛顿的两处观测站点,物理学家们不仅探测到了引力波;该引力波包含了一个非常清晰的信号,与13亿光年外黑洞并合体的理论模型十分匹配。经过对黑洞并合后发出的信号进行初始分析,霍金发现这一体系与他在70年代提出的理论似乎是吻合的。

  “这一发现是人类首次探测到黑洞双星系统并首次观测到黑洞并合,”他说。“观测到的这一系统的种种特性都符合1970年我在剑桥大学做出的关于黑洞的预言。”

  霍金最为人所知的成就或许就是将量子理论与黑洞物理学相融合,认识到黑洞会随时间蒸发,将他与理论物理界中大名鼎鼎的“火墙悖论”联系在一起。不过这里,霍金指的是他的黑洞面积定理,即铸就黑洞力学第二定律的基础。在这一定律中,黑洞的面积不会随时间减小。从这一定理可以推出,如果两个黑洞并合,并合后黑洞的视界线面积“大于两个初始黑洞的面积之和”。霍金也指出,这一引力波信号也吻合黑洞“无毛定理”,即黑洞可以只用自转、质量及电荷这三个参数来描述。

  要解释这第一个引力波信号为何与理论相符是个复杂的大工程。我们只需要知道,引力波的发现证明了数十年来毫无观测证据的理论,这就足够了。

  “这次的发现也为天文物理学家献上了一道谜题,”霍金说。“这两个黑洞中,每一个的质量都大于恒星引力坍缩形成的黑洞——那么这两个黑洞是如何具有如此大质量的?”

  这个问题触及了围绕黑洞演化相关的最大的谜团之一。目前,天文学家仍无法解释黑洞的巨大质量从何而来。一方面,存在着大质量恒星演化为超新星后即刻形成的恒星型黑洞;另一方面,我们也有充分证据表明超大质量黑洞蛰伏在绝大部分星系中心。然而这二者之间却并无关联。

  如果黑洞是通过并合与消耗恒星物质来生长的,就应该有各种规模的黑洞存在。然而中等质量的黑洞和数十倍太阳质量的黑洞却极为罕见,使得很多黑洞演化理论遭到质疑。

  我们已经确认,此次探测到的引力波是由双黑洞并合引发的。两个分别是29倍和36倍太阳质量的黑洞碰撞并合为一,产生出一个非常清晰的引力波信号。尽管如此,正如霍金指出,这一质量的黑洞是如何形成的可以为黑洞的生长方式提供一些线索。

  不过有一件事是毫无疑问的:这是我们有史以来第一次获得黑洞并合的直接证据,这也是构成黑洞演化理论的关键机制。这证明我们是在正确的道路上前进着。

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  ps:“理解未来”系列讲座2016年第1期将于2月27日在清华大学开讲《解密引力波——时空震颤的涟漪》,欢迎感兴趣的同学报名参加。让我们一起倾听“理解未来”,让我们沉浸在好奇心不断被激发和满足的过程中,让我们的智识版本实时更新。

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