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LIGO 第 2 次發現重力波 再證愛因斯坦廣義相對論

2016/6/16 — 2:24

圖: LIGO

圖: LIGO

我們又做到了!——LIGO 物理學家 Salvatore Vitale。

LIGO 物理學家成功再次直接測量到重力波。

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繼去年 9 月 14 日透過兩座激光干涉重力波天文台 (LIGO) 測量到重力波後,物理學家再在今日 (16.6) 發表報告,指他們成功在去年 12 月 26 日 3:38 UTC 在錄得 14 億光年以外,錄得兩個黑洞合併時散發出的重力波。報告已刊於《物理評論快報》。

這次在 LIGO 測量到的重力波波幅比上次小,亦較難從大量雜訊中被發現。不只如此,今次錄得兩個合併的黑洞質量也比起 9 月發現的小,分別只比太陽大 14.2 及 7.5 倍。據《MIT News》報道,兩個巨型黑洞在合併和散發出大量能量前,一共圍繞對方轉了 55 次。圈繞運行的速度達到光速一半。最終兩者合而為一,而合併的雙黑洞的質量,共有 20.8 個太陽大。散發出的重力波訊號就先到達路易斯安那州探測器,再在 1.1 毫秒後抵達華盛頓州的 LIGO 探測器,由此科學家就可初步了解到重力波的源頭位置以及散發的方向。

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甚麼是「重力波」?

愛因斯坦的廣義相對論提出全新的「時空 (Spacetime)」概念,改變了物理學對「時間」和「空間」的看法。在相對論中,「重力 (Gravitiy)」並不是「力」,反而是時空被物質或能量扭曲而出現的現象。 物質或者能量會在時空中會互相影響。物理學家常以鐵球和彈床實驗,形容重力。科學家將鐵球放在彈床後,鐵球會令彈床會下陷。當把較輕的網球放上彈床,網球看起來就像被一股「力」拉過去。

如果放下兩個鐵球到彈床,鐵球亦會以兩者重心公轉,並產生「彈床波浪」。這現象跟宇宙中黑洞,或者是中子星等高質量天體圍繞公轉時,時空被扭曲拉扯而成的波浪紋一樣,科學家將之稱之為「重力波」。

第 2 次測量到重力波再次證實愛因斯坦 100 年前提出的廣義相對論。有份參與研究的物理學家 Salvatore Vitale 向 《MIT News》表示:「第一次測量到重力波時,一切實在太美,對我們來說根本是難以置信。而現在,我們又再錄得另一個重力波訊號,證明我們真的觀察到宇宙間有雙黑洞存在。我們相信將來可以繼續測量到重力波,並從中揭開更多科學奧秘。」研究人員形容,這次發現象徵重力波天文學的新時代來臨,而未來的測量將會為我們提供更多有關宇宙的新資訊。

沒有參與研究的天體物理學家余海峯接受《立場新聞》訪問時指,今次 LIGO 成功再發現重力波意義重大——一部份原因是黑洞本身並不會發出電磁波,本身難以被發現;另外,這發現也代表宇宙間黑洞合併比我們以往想像多。過往科學家一般並不能理解到宇宙間怎會有質量大的雙黑洞系統 。 

另一位 LIGO 物理學家 Lisa Barsotti 也向《MIT News》指:「你也不難想像到,這次測量到的數據對於我們而言有非常大的衝擊。我們期待已久這個發現。」她笑言:「過去幾個月,絕對是難以忘懷的經歷。」

報告:

B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). (2016). GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence. Phys. Rev. Lett. 116, 241103. DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.241103

原文:

MIT News, For second time, LIGO detects gravitational waves, 16 June 2016

Physical Review Letter, Focus: LIGO Bags Another Black Hole Merger, 16 June 2016

文/eh

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