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我们如今能听见黑洞相撞的声音,而且已经捕捉到数百次
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我们如今能听见黑洞相撞的声音,而且已经捕捉到数百次

图片: WikiImages / Pixabay

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当两个黑洞猛烈相撞时,它们会震动时空这块织物本身。十年前,我们第一次探测到了那阵震颤。如今,捕捉到这样的事件几乎已经成了家常便饭,而每一次都是来自宇宙中最幽暗天体的一条讯息。

tuput 编辑部 · · 1 分钟阅读

想象一下,宇宙有一层表面,就像鼓面一样,而这层表面并不是空无一物的空间,而是空间”本身”,也就是万物都被编织在其中的那块织物。现在再想象两个黑洞,每一个质量都是太阳的许多倍,以接近光速的速度彼此螺旋靠近,并在一瞬间合并为一体。

那次碰撞产生的远不止光或声音。它让宇宙这面鼓的鼓皮为之震鸣。时空中的涟漪以光速向外扩散,传遍整个宇宙。而令人难以置信的是,我们已经造出了能够感知它们抵达的机器。

爱因斯坦最惊人的预言

一个世纪以前,阿尔伯特·爱因斯坦的引力理论作为其方程组的一个推论,预言了这种涟漪的存在,也就是引力波。就连他本人都怀疑我们是否有朝一日能够探测到它。这种效应微小到几乎令人难以想象:当来自遥远黑洞合并事件的一道引力波抵达地球时,它对空间的拉伸和挤压幅度,比一个原子核的宽度还要小。

测量这一点,就好比要在一根人类头发丝的粗细范围内,测出到最近恒星的距离。数十年来,这被认为基本上是不可能实现的。

我们第一次感受到宇宙震颤的那一天

后来,在2015年9月,一台名为LIGO的仪器(一对探测器,激光束沿着数公里长的隧道传播)捕捉到了它。一段微弱、音调不断攀升的”啁啾声”扫过了这些机器:那是两个相距超过十亿光年的黑洞合二为一之前,最后一瞬间的信号。这个信号有一个名字,GW150914,取自它抵达的日期。核实这一发现花费了数月时间;正式宣布是在2016年2月。

这是人类历史上第一次直接探测到引力波。这段信号与爱因斯坦的预言几乎完全吻合,在一个理论被写下一百年之后,验证了物理学中的这一部分。这项成就为莱纳·魏斯巴里·巴里什基普·索恩赢得了2017年诺贝尔物理学奖,这三位科学家花费数十年时间,促成了这台仪器的建成,也由此开辟出了一种研究宇宙的全新方式。

一种全新的宇宙感官

这正是它意义如此重大的原因。纵观整部历史,天文学一直是关于的学科:可见光、射电波、X射线,全都是同一种事物的不同形式。但黑洞是黑暗的。它们在空无一物的空间中相撞,完全不发出任何光。对普通的望远镜来说,这些是宇宙中最猛烈的事件之一,而它们的发生完全不被人看见。

引力波改变了这一点。它们实际上赋予了我们一种全新的感官,一种”聆听”那些不发光的事件的方式。每一次探测,都是来自某个天体或某场浩劫的一条讯息,而若非如此,它本会对我们永远隐形。

从一场奇迹到一份星表

曾经是百年一遇的奇迹,如今已经变得近乎寻常。随着探测器变得越来越灵敏(并且世界各地的合作天文台也相继加入进来),探测事件从涓涓细流变成了滔滔洪流。曾经,科学家会为单独一次事件而欢庆;而如今,这份持续更新的星表自2015年以来已经收录了390起已确认事件。最新版本GWTC-5.02026年5月26日发布,一次性新增了161起探测事件,每一起都是黑暗中某处黑洞或中子星之间一次真实的碰撞。

那份星表正在悄悄改写我们所知的一切:黑洞有多常见,它们能长到多大,它们如何配对,以及当其中两个合二为一的那一瞬间究竟发生了什么。我们甚至还捕捉到了中子星相撞的事件,这是一次确实产生了光的事件,让望远镜和引力波探测器第一次共同见证了同一场宇宙级的撞击。

聆听黑暗

一百年前,引力波还只是数学方程里的一行文字,就连它的作者本人都认为我们永远无法验证它。十年前,我们第一次感受到了一次引力波。而今天,我们已经在维护一份不断更新的清单。

这其中蕴含着一种悄然而生的谦卑。我们已经学会了,静静地坐在一颗小小的行星上,去感受十亿光年之外黑洞相撞所带来的那阵震颤,用一种在我们之前任何一代人都从未能做到的方式,去聆听宇宙中最幽暗的乐章。

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资料来源与延伸阅读

  1. LIGO Laboratory (Caltech)
  2. The Nobel Prize in Physics 2017: NobelPrize.org
  3. LIGO: GWTC-5.0 catalogue release

本文在 AI 工具协助下研究与撰写,并经编辑核实。仅供一般参考与讨论,不构成专业建议。请参阅我们的编辑准则免责声明。发现错误?告诉我们

#gravitational waves#black holes#ligo#astronomy

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