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科学引力波让我们“听”见宇宙暗处的秘密


2015年9月14日 ， 人类首次直接探测到了引力波信号 ， 这一发现打开了人类观测宇宙的一扇新窗户 。 这次的引力波信号来自于13亿光年之外的遥远宇宙空间 ， 由两个黑洞碰撞并合所引发 。
在这次双黑洞合并中 ， 一个36个太阳质量的黑洞与一个29个太阳质量的黑洞合并成一个62个太阳质量的黑洞 ， 辐射出3个太阳质量的能量 ， 这相当于无数颗原子弹同时爆炸所释放出来的能量 ， 它们以引力波的形式向外传播 ， 经过13亿光年的长途跋涉到达了地球被我们发现 。
2017年 ， 三位科学家因此获得诺贝尔物理学奖 。 引力波是什么？它为什么让科学界如此疯狂呢？
【科学引力波让我们“听”见宇宙暗处的秘密】
科学引力波让我们“听”见宇宙暗处的秘密
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什么是引力波？它是时空的涟漪
17世纪 ， 当一个传说中的苹果帮助牛顿发现了万有引力之后 ， 更多的问题接踵而来 。 引力到底是什么？引力是如何产生的？它又是如何影响到世间万物的？这些问题困扰着当时最顶尖的科学家们 。 直到两百年后 ， 才有人提出了一个现在看来最靠谱的推论 。
科学引力波让我们“听”见宇宙暗处的秘密
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爱因斯坦认为所有的物体都存在于一个时空当中 ， 物体的质量不同导致时空的变形程度不一样 。 物体的质量越大 ， 时空的弯曲就越厉害 。
这个说法即使在现在看来也很难被人理解 ， 时空看不见摸不着 ， 而且这和引力有什么关系呢？根据这个推论引力是时空弯曲产生的 ， 而引力波就是时空弯曲产生的涟漪 。
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拿地球和月球打个比方 。 地球会影响时空 ， 让时空弯曲一点点 ， 月球也会影响时空 ， 让时空弯曲一点点 。 当它们绕转的时候它就会互相拖曳对方 。 这种情况下在时空中就好像有两个东西在波动 ， 时空的波动也会传向远方 ， 这就是所谓的引力波 。
如何探测引力波？一把4千米长的大尺子
引力波相当于时空的波动 ， 左右两个点之间如果有时空的波动 ， 那么两点之间的距离就会有变化 。 如果我们能够测量到这种变化 ， 就能知道有没有引力波穿过两点之间所在的位置 。
然而直接测量距离的变化其实非常困难 。
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2015年9月14号探测到的引力波 ， 当时的变化范围是10的负18次方米 。 这个变化比原子核还要小 ， 是原子核的千分之一 。 测量如此小的变化 ， 我们必须找到一把超级精确的尺子 。 这个世界上最好的尺子是什么？就是激光干涉仪 。
当今最具规模的激光干涉引力波天文台LIGO ， 就是依靠激光干涉仪来探测引力波 ， 它由两个垂直的干涉臂组成 ， 臂长约为4千米 。 一束激光经过分光镜分为两束方向垂直的光 ， 在相同长度的真空管中来回奔跑 ， 它们的速度都是每秒钟30万千米 。
一旦引力波来袭 ， 时空就会发生波动 ， 一只臂就会出现拉伸 ， 而另一只则会出现收缩 ， 两束光不再同步 ， 便会发生干涉 ， 这时候通过激光干涉仪就可以捕捉到这细小的变化 ， 理论上LIGO可以探测到3亿光年距离上的引力波事件 。
为什么要探测引力波？
为了倾听宇宙中的黑暗世界的秘密
宇宙大部分的区域隐藏在黑暗中 。
科学引力波让我们“听”见宇宙暗处的秘密
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光学望远镜、红外望远镜、射电望远镜和X射线伽马射线等高能望远镜 ， 这些望远镜就好比是眼睛 ， 可以帮助我们看到宇宙的深处 。 但是如果宇宙的深处发生的事情并不发光也不发出任何射线 ， 这些望远镜就无能为力了 。


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