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苟利军做客我校狮子山讲坛畅谈引力波

核心提示: 11月1日晚,中国科学院国家天文台研究员、中国科学院大学教授、黑洞及其高能爆发现象研究小组负责人苟利军做客我校狮子山讲坛畅谈引力波。

 

讲座现场   学通社记者 陈赞 摄           讲座现场

主讲人苟利军  学通社记者 陈赞 摄           主讲人苟利军 (供图 陈赞

南湖网讯(学通社记者 陈染羲 祝景昊)11月1日晚,中国科学院国家天文台研究员、中国科学院大学教授、黑洞及其高能爆发现象研究小组负责人苟利军做客我校狮子山讲坛畅谈引力波,带领我校师生“倾听星辰大海的声音”。

苟利军首先介绍了引力波的三位创始人韦斯、索恩和德雷福在2016至2017年凭借引力波的发现斩获了基础物理奖、Gruber宇宙学奖等多项世界大奖,以及韦斯、索恩和巴里什在2017年10月3日获得诺贝尔物理学奖的事迹。他表示,正是由于数千余名科学家对引力波不懈的研究,才使得百年前爱因斯坦在广义相对论中对引力波的预言变成了如今可探测的科学事实。他阐释道,引力波的本质就是时空弯曲中产生的涟漪,它通过波的形式从辐射源向外传播能量,“就像在薄膜上放置两个小球,两个小球会引起薄膜的变形,并在重力引起的变形下两个小球贴合到一起,形成引力。”

从提出到发现:人类第一次“倾听”到引力波

苟利军介绍道,引力的提出最早可以追溯到牛顿有关万有引力的猜想:地球与太阳间的吸引力与地球对周围物体的引力是同一种力,并遵循相同的运动规律。牛顿的猜想肯定了绝对空间与绝对时间存在,开启了世界对引力的认知。但因只考虑了匀速运动,没有考虑引力,所以引力波的概念在当时并未在科学意义上被提出。

爱因斯坦的狭义相对论完善并丰富了这一设想,“时空会产生涟漪并产生‘引力波’,以光速从物体向外扩张。”他认为,质量导致时空弯曲,由此感触到引力存在。这一猜想,在近一个世纪中,被约瑟夫·韦伯、迈克尔逊等多名科学家尝试证实,却始终未能准确直观得到证实,但这些实验产生的间接观测证据却为引力波研究的发展提供了契机。2015年9月14日,被称作“上帝最好的恩赐”的第一个引力波GW150914被成功检测,这个仅有0.25秒,距离地球13亿光年的来自宇宙的第一个声音第一次被人类听到。

从看见到听见:宇宙研究史上完成一次跨越

“如果以人类的探知方式做类比,传统天文的观测方式就好比人的眼睛,而引力波就如同人的耳朵。之前我们只能通过眼睛认识这个宇宙,现在我们还可以听到宇宙的声音。”苟利军用假设现象向同学们解释,黑洞合并时,无数能量以纯引力,也就是以引力波的形式,不停地向四周传播,时空受到扰动而泛起涟漪。即使有宇航员在附近,他也不会看见任何异常现象。不过,他所在的空间会发生铃振现象,对他挤压、拉伸,使他的身形发生变化。如果靠得足够近,他的听觉器官会随之振动,也就是说,他可以“听见”引力波。引力波就像不需要物质媒介的声音,在黑洞相互碰撞时,就会发出这样的声音。

同时,苟利军也用类比的方式说明了发现引力波的重要性。他表示,这次发现非常类似于电影历史的发展,在最开始的时候,电影是没有声音的,但是随着科技的发展,电影被加入了声音。“从无声电影到有声电影,这种差别是巨大的。如果再让我们回去看无声电影,肯定是不能忍受的。”苟利军用电影的发展史侧面说明了我们对宇宙的探索也进入了“有声”时期。

“400多年前,伽利略将望远镜指向天空,极大地扩展了我们的视野,而如今,引力波给我们打开了一扇认识宇宙的全新窗口。”说到这里,苟利军略显激动,“引力波的发现是一个值得纪念的伟大时刻,一个新时代的序幕正在拉开。”

从观察到探测:世界开启引力波新纪元

在引力波逐渐成为全球共同关注的热点问题后,各国都开始修建自己的引力波探测系统,苟利军老师给我们介绍了全球引力波探测器的分布情况,其中详细介绍了美国、欧洲和日本等国家和地区对引力波的观测技术的更新与升级。

“相较于发达国家的引力波探测系统,我国在这方面的科研还比较薄弱。但在引力波第一次被发现之后,我国意识到了引力波的重要性,加大了对引力波探测系统的科研投入。”

苟利军介绍道,目前中国的引力波研究主要有两个方向,一是由中山大学领衔的“天琴计划”,去太空捕捉引力波;二是由中科院高能物理研究所主导的“阿里实验计划”,目标是在地面探测“原初”引力波。

除了专门的引力波计划,苟利军还提出,我国在探测引力波上并没有像美国一样建设激光干涉仪这样的直接探测引力波设备,而是投入到建设射电望远镜中,以找到射电天文学与引力波监测的结合点。

最后,苟利军抬起右手,指向屏幕上的星辰大海,他化用英国探险家乔治•马洛里的名言说道:“因为宇宙在那里,星空在那里,所以我们要研究,要探索,要让引力波带人类倾听星辰大海的声音。”

【相关链接】苟利军,现任中国科学院国家天文台研究员和中国科学院大学教授,黑洞及其高能爆发现象研究小组负责人。领导并且翻译了《星际穿越》《暗物质与恐龙》和《丈量宇宙》等书籍。其中《星际穿越》获得2015年中科院优秀科普图书奖以及中国国家优秀科普图书奖。还联合创作过有关黑洞、引力波,火星和地外行星等10余篇科普文章。

审核人:张进

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关键词: 引力波 苟利军
责任编辑:胡诗慧
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