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测得引力波 美三侠获诺贝尔物理学奖

侨报纽约网--Oct 05, 2017,01:31

瑞典皇家科学院常任秘书戈兰·汉松周二在皇家科学院会议厅公布了获奖者名单,诺贝尔奖评选委员会的成员随后介绍了获奖者的主要成就,并解释了相关科学背景。

据新华社报道,获奖的三位美国物理学家因为他们对探测引力波的贡献赢得今年的诺贝尔物理学奖。韦斯将获得一半的诺贝尔物理学奖奖金,其余奖金由巴利什和索恩分享。评选委员会成员奥尔加·伯特纳说,宇宙中曾有两个黑洞发生碰撞,所产生的引力波跨越漫长时空,历时13亿年抵达地球,在2015年9月14日被位于美国的LIGO探测器探测到,这是人类历史上首次发现引力波。评选委员会说,LIGO项目集纳了全球多地1000多名科学家的努力,而这三名获奖者发挥了至关重要的作用。韦斯在约40年前提出了探测引力波的方法,巴里什和索恩也在科学和管理等方面有巨大贡献。

激光干涉引力波探测器将天文学带入新世纪

【侨报记者高睿10月3日帕沙迪纳报道】在周二的诺贝尔奖新闻发布会上,加州理工学院校董主席李立表示,黑洞撞击波的发现将万有引力天文学带入了一个新纪元,“利狗”(LIGO)和“沃狗”(Virgo)为天文学家提供了全新的宇宙探测工具。在此之前,所有的天文学家探测宇宙都是通过太空物体或称之为“中微子”和“宇宙射线”的高能粒子所产生的光来发现宇宙的奥秘,其中包括X射线、无线电波和其他电磁波。如今,天文学家可通过太空的微微颤动来观测宇宙物体的存在。

李立介绍说,爱因斯坦1916年预见了万有引力的存在,但爱因斯坦认为这个引力太微弱,所以很难探测到。60年代随着激光的应用和其他天文学领域的进步,科学家们推翻了爱因斯坦万有引力不可测的推论,得出了截然相反的理论。

探测时空的涟漪——解读2017诺贝尔物理学奖成果

【侨报讯】美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩获得2017年诺贝尔物理学奖,就是因为他们在“激光干涉引力波探测器”(LIGO)项目和发现引力波方面的贡献。

什么是引力波?

根据爱因斯坦的相对论,时空是可以弯曲的,有质量的物体在其中运动,就会产生引力波。这就好比石头丢进水里会产生水波,引力波因此常被称作“时空的涟漪”。但普通物体产生的这种引力波极为微弱,连爱因斯坦自己也认为很可能无法观测到。事实上,LIGO项目所观测到的两个黑洞合并产生的引力波,在仪器中只引起了比原子核还要小得多的变化。爱因斯坦发表相对论百年来,许多预言,如水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实,但引力波一直没有被探测到。因此,引力波又被称作广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。

如何探测到引力波?

今年的获奖者创建和领导了LIGO项目,该项目有两个引力波探测器,分别建在相距3000公里的美国路易斯安那州利文斯顿市与华盛顿州小城汉福德市。每个探测器有两个L型的长臂,每个“臂长”为4公里。这样巨大的实验装置,是为了通过长距离的激光干涉,尽可能放大引力波的影响。当源自遥远宇宙的引力波传到地球时,在实验装置中只会引起相当于原子核万分之一大小的变化。如此微弱的信号也能被这套装置探测到。研究人员认为,这是迄今最精密的科学测量设备。2015年9月14日LIGO项目终于探测到来自于13亿年前一个双黑洞系统合并的引力波信号。随后,科学界又三次探测到了引力波。最后一次是在今年9月27日,美国和欧洲两个引力波项目组宣布,首次共同在8月14日探测到一次引力波事件。

引力波有什么用?

引力波开启了人们认识宇宙的新途径。过去科学界探测宇宙,多是依靠光学望远镜、射电望远镜等手段,而引力波是与光不同的信息载体。通过分析引力波信号,我们可以判断出遥远宇宙中发生了什么。比如2015年的这次引力波事件,可以推断出两个黑洞合并前的质量分别相当于36个和29个太阳质量,合并后的总质量是62个太阳质量,相当于3个太阳质量的能量以引力波的形式在不到1秒的时间内释放,是宇宙中的一场巨变。引力波的波形特征与声波相似,这也是为什么科学家曾将其转换成声波,作为“宇宙的声音”播放出来。通过探测引力波来分析宇宙中的各种事件,就像根据乐器声波判断乐器的质地种类,以及乐手的演奏手法。首次发现引力波时,LIGO项目组发言人、路易斯安那州立大学物理学家加布里埃拉·冈萨雷斯说:“这一发现是一个新时代的开端,引力波天文学现在成为现实。”至于引力波在实际生活中有什么应用,科学家说,包括时空旅行这样的科幻设想还早得很,而利用引力波的宇宙通信目前来看也很遥远。不过引力波的发现无疑打开了一扇新的大门,给未来增加了更多新的可能。

他们听见了宇宙的声音——记2017年诺贝尔物理学奖获得者

【侨报讯】在一片嘈杂的背景噪音中,一声“噗”的清脆声响,如水滴落水,持续时间短暂得不到1秒,这正是由引力波转化成的宇宙之声。

据新华社报道,这个声音源自13亿年前一个双黑洞系统的合并,由此产生的引力波信号经过13亿年漫长旅行,于2015年9月14日抵达地球,被“激光干涉引力波探测器”捕捉到。

2017年10月3日,为探听到这一“宇宙之声”作出贡献的美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩被授予诺贝尔物理学奖。

他们性格各异,组成了一支互补的团队:韦斯来自美国东岸的麻省理工学院,是位言行稍显拘谨的实验物理学家;索恩来自西岸的加州理工学院,是位风趣活跃的理论物理学家,与韦斯是LIGO的联合创始人;巴里什也来自加州理工学院,曾主持过国际直线对撞机项目(ILC),因优异的科研管理经验而担当LIGO项目主任。

遗憾的是,LIGO联合创始人、英国实验物理学家罗纳德·德雷弗于今年3月去世,未能见证这一荣誉。他与韦斯、索恩共同获得2016年邵逸夫天文学奖。

韦斯在20世纪70年代就提出了用激光干涉技术来探测引力波的实验构想,这是LIGO装置的基础。随后,韦斯遇到了索恩,二人仔细研究了探测引力波的可行性。韦斯推动了仪器方面的科学研究,使得LIGO相关设备达到了足够的灵敏度和稳定性,最终捕捉到了“宇宙之声”。

2015年第一次探测到引力波后,韦斯和索恩紧紧拥抱在一起。韦斯说:“如果我们能把这一消息告诉爱因斯坦,那么他的表情一定会很好玩。”百年前,爱因斯坦在广义相对论中预言了引力波的存在。

“引力波将成为未来几年、几十年甚至几个世纪人类探索宇宙的强有力工具,” 77岁的基普·索恩获奖后接受媒体采访时说,“这是全人类的胜利。”不过,他说1000多名参与引力波探测工程的科学家没能分享这一奖项,“有些令人失望”,但他还是十分荣幸能够代表他们接受这一荣誉。

索恩撰写的科普书籍被翻译成多国语言,其科普演讲节目在媒体上反复播放,他推动科幻小说新的创作方向……正是索恩等人的努力,让全世界无数年轻人开始对引力波、相对论、时间旅行等话题着迷,激发更多年轻人投身自然科学探索。

对于81岁的巴里·巴里什来说,获得诺贝尔奖是“意料之中”的事。曾主持过国际直线对撞机项目的巴里什在科研项目管理方面特别有一套,威望极高。早期LIGO项目内部也曾充满竞争、矛盾和对立,一度关系僵化。负责该项目的加州理工学院和麻省理工学院“脾气”和“秉性”各异,在合作中遇到很多问题。直到加州理工学院找到巴里什来主持实验工作,才逐渐把两个学校的合作拉上正轨。他于1997年至2006年担任LIGO项目主管,把早期“各自为政”的几个研究小组,成功转化为由1000多名科学家参与的高效的国际大科学合作工程。他在采访中说,是科学目标和不断的技术挑战激励着他坚持走下去。

美国《科学》杂志在一篇关于巴里什的报道中写到:“他虽然没有发明LIGO,但是他让LIGO成为了现实。”

三位获奖科学家简介:

▲雷纳·韦斯(Rainer Weiss)

雷纳·韦斯(Rainer Weiss),美国实验物理学家。1932年出生于德国柏林,1962年于麻省理工学院获得博士学位。1960-1962年曾在塔夫茨大学工作,之后返回麻省理工学院并工作至今。魏斯在物理学的多个领域都有建树,包括原子物理、激光物理和天文学。特别是他对于宇宙微波背景辐射谱的测量属于开创性工作。他是引力波干涉仪探测器的发明人之一并参与共同创建LIGO。

▲巴里·巴利什(Barry Barish)

巴里·巴利什(Barry Barish),美国实验物理学家。1936年生于美国奥马哈市,1962年获得加州大学伯克利分校高能实验物理博士学位,1963年加入加州理工学院。1994年担任LIGO PI,1997年成为LIGO主任,并创建LIGO科学联盟。

▲基普·索恩(Kip Thorne)

基普·索恩(Kip Thorne), 美国理论物理学家。1940年出生于美国犹他州,1965年于普林斯顿大学获得物理学博士学位,1966-2009年在加州理工学院工作,曾任费曼理论物理学教授。2009年6月退休后前往好莱坞从事电影创作,参与的第一部电影即为大家熟知的《星际穿越》。他最为世人所知的研究是虫洞可用于时间旅行。


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