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茍利軍│引力波:帶人類傾聽星辰大海之聲(11)

摘要:北京時(shí)間2016年2月11日23:40左右,加州理工學(xué)院教授David Reitze宣布,人類首次發(fā)現(xiàn)了引力波。發(fā)布會(huì)上究竟揭開了哪些謎團(tuán)?與之前的傳言有何不同嗎?中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)黑洞來客團(tuán)隊(duì)主要成員茍利軍研究員,全面解讀了這場(chǎng)激動(dòng)人心的發(fā)布會(huì),并對(duì)這項(xiàng)具有劃時(shí)代意義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)做了較深入的分析。

這個(gè)合并的過程又是非常短的,肯定要比0.2秒還要小,但是在極短的時(shí)間之內(nèi)釋放出去的能量又非常高。另外,它距離我們地球有13億光年。那就意味著這次爆發(fā)是在2015年9月14日爆發(fā)的,還是在其他什么時(shí)候爆發(fā)的?應(yīng)該是在13億光年之前爆發(fā)的。而我們?nèi)祟愒诘厍蛏弦矁H僅生存了七八百萬年,地球的生命差不多是46億年。所以13億年之前應(yīng)該還是一個(gè)非常炙熱的環(huán)境,我們無法想象13億年前到底是什么樣的。但是最終這個(gè)信號(hào)經(jīng)過了13億年的傳播,傳到了地球上。但是還有一個(gè)問題,大家也可以考慮一下。就是說這個(gè)信號(hào)經(jīng)過13億年傳到了地球上,那現(xiàn)在它到什么地方去了?是就消失了還是繼續(xù)在向宇宙的其他時(shí)空在傳播呢?應(yīng)該說,它繼續(xù)在向更遠(yuǎn)的地方傳播。

4、黑洞:時(shí)空彎曲的“極端”情況

這次引力波探測(cè)不僅僅探測(cè)到了兩個(gè)黑洞了,也是對(duì)于愛因斯坦相對(duì)論的又一次驗(yàn)證,它最終在黑洞合并的時(shí)候,產(chǎn)生了非常強(qiáng)的引力波。這次發(fā)現(xiàn)的天體源是黑洞。關(guān)于什么是黑洞,我之后會(huì)再做解釋。

黑洞也是時(shí)空彎曲當(dāng)中的一種“極端”的情形,它也是愛因斯坦方程中的一種解。那黑洞到底是什么呢?相信大家在日常生活當(dāng)中也常聽到這個(gè)名詞,黑洞其實(shí)就是一種連光也逃不出去的天體,所以如果我們看黑洞的話,它應(yīng)該看起來像一個(gè)黑色的球體。另外,從結(jié)構(gòu)的角度而言,黑洞是宇宙當(dāng)中最簡(jiǎn)單的一種天體。只有幾個(gè)詞,比如視界面、奇點(diǎn)、史瓦西半徑,就可以定義它。這是從偏向于學(xué)術(shù)的角度去定義黑洞,那在生活當(dāng)中,大家怎么去理解黑洞呢?

圖片12

我給大家看兩張圖,相信大家對(duì)這個(gè)非常熟悉。這是貔貅,大家之所以在日常生活當(dāng)中把貔貅當(dāng)做一種瑞獸,是因?yàn)槭裁茨兀恳驗(yàn)樗畲蟮奶攸c(diǎn)——招財(cái)進(jìn)寶。而它之所以能夠成為招財(cái)進(jìn)寶的瑞獸,是因?yàn)樗贿M(jìn)不出,這一點(diǎn)和黑洞非常類似。黑洞中隱匿著巨大的引力場(chǎng),這種引力大到任何東西,甚至連光都難以逃脫黑洞的影響。如果你在那百度上搜索“黑洞”,可以看到這個(gè)搜索結(jié)果都被吸到一個(gè)黑色的點(diǎn)里面去了,這是說明了黑洞的第二個(gè)特點(diǎn):一個(gè)物體,或者說任何靠近黑洞的物體都會(huì)被黑洞撕碎,然后吸進(jìn)去,一旦吸進(jìn)去就逃不出來了。

如果我們通過這兩個(gè)特點(diǎn)去理解黑洞的話,它具有什么樣的效應(yīng)呢?越靠近黑洞,空間彎曲就越大,時(shí)間的流逝就越慢。這非常抽象,很難簡(jiǎn)單地從語言上理解。但是如果大家看過2014年的電影《星際穿越》,會(huì)有相對(duì)深刻的理解。在電影當(dāng)中,主人公Cooper離開地球的時(shí)候,他的女兒也就七八歲。但是他回來的時(shí)候,主人公的年紀(jì)感覺沒有發(fā)生太大的變化,他的女兒卻已經(jīng)是一個(gè)80多歲的躺在病床上奄奄一息的老人了。我們可以感受到這之間的時(shí)間是不太一樣的,尤其是在電影當(dāng)中還提到了有一點(diǎn),主人公Cooper和Amelia跑到了一個(gè)非??拷诙吹男乔?,叫做Miller星球,他們?cè)谀莻€(gè)星球上只待了三個(gè)小時(shí),他們感覺沒有浪費(fèi)任何一點(diǎn)時(shí)間,但是當(dāng)他們回到母艦上的時(shí)候,母艦上的宇航員告訴他們已經(jīng)過去20多年了。所以,在Miller星球上的三個(gè)小時(shí),竟然等于母艦上或者地球上的20多年,時(shí)間被拉伸了六萬倍。這就是說,在黑洞周圍,因?yàn)闀r(shí)間被拉伸的效應(yīng)非常嚴(yán)重,所以就可能導(dǎo)致這樣的現(xiàn)象。

另外,中國(guó)神話當(dāng)中常說“天上一日,地上一年”,但是從來沒有人去解釋這是為什么。這很有可能也是因?yàn)橐π?yīng)的不同。如果問大家,既然天上一日是地上一年,那從引力的效應(yīng)而言,神仙居住的環(huán)境是引力更強(qiáng)還是更弱?引力強(qiáng)的地方,往往代表了時(shí)空彎曲更大,所以神仙如果是居住在某個(gè)環(huán)境中,那應(yīng)該是居住在引力比較強(qiáng)的地方。

責(zé)任編輯:葉其英校對(duì):李天翼最后修改:
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