花了几十亿美元,用了整整100年,人类终于找到的引力波值不值?
2016年6月15日,激光干涉仪引力波天文台(LIGO)科学合作组织正式宣布,人类终于首次发现了来自两个黑洞合并所产生的的引力波,人类认识宇宙从而开启了新纪元,然而从爱因斯坦1915年发表相对论,预言引力波的存在,到人类发现引力波的2016年,用了整整100年的时间,资金也花了几十亿美元,每年上千名科研人员努力坚持,这才终于成功了,然而这值得吗?这东西到底有什么用?
1、什么是引力波
我们用最简单的描述解释下引力波,大家熟悉的是牛顿说的苹果落地的万有引力,地球之所以围绕太阳转动,是因为太阳对地球的引力。
然而爱因斯坦却发表了惊天动地的广义相对论,他认为根本原因不是因为引力,是因为时空弯曲了,形象地说就是宇宙时空如同一张绷紧了的橡皮膜,当质量很大的太阳放在这张膜上的时候,就会压弯这张膜,于是朝太阳滚过去的地球就会绕着这张膜形成的凹陷转圈圈,这才是真相。如图所示:

弯曲的时空让地球绕太阳转
然而如果是多个物体在这张膜上运动的话,就会让整个膜颠簸起来,如同水面上的球运动产生水波一样,这样的物体也会产生波,在宇宙这张膜上传播起来,而这个东西就是引力波。

引力波
2、人类为什么想要找到引力波
广义相对论当年的提出可以说是惊天动地,完全颠覆很多人的想象,而作为一个物理理论,到底对不对呢?那就需要通过实验和观察才知道,当年人们就是因为爱因斯坦相对论解释和预言了红移现象,宇宙膨胀,宇宙存在黑洞等事实,然后人们观测以后真的发现了这些现象,才肯定了相对论的正确性,但相对论预言的最后一个引力波却一直没有找到,那就不能完全说相对论是正确的,要知道现代物理有很多理论和应用都是建立在相对论上的,一旦相对论出了问题,那现在的物理就必须来一个大换血了,这个结果是非常可怕的,于是花了100年的时间其中一个目的就是为了补上相对论的最后一块拼图。
感谢大家
3、为什么找引力波用了上百年?
我举个例子,一间10平米的屋子,我告诉你我藏了一个篮球在里面,你可以随便找,你觉得你需要多久能够找到?估计用不了几分钟吧,毕竟它太大了,那接下来我再告诉你,这里面我藏了一颗花生,估计你需要花几倍的时间才能找到它,但,如果我接下来告诉你,我在屋子里面藏了一粒芝麻,半根头发丝,甚至是一根绒毛呢?你觉得你需要多久才能找出来,很明显,难,为什么?太小了,而引力波就是这样。
太小了
引力波传过来的时候会引起空间波动,从而把空间上的物体拉长或者缩短,所以,最简单的就是我们可以通过观察空间的长短变化来找到和证明引力波的存在,但这个长度变化太微弱了,有多微弱呢?10万光年长的物体的长度会被压缩5毫米,10万光年,大概就是银河系的直径,能感觉到这个数字小到多么的绝望了吧。
银河系被缩短了5毫米,你发现了吗?
人类最精密的设备精度都比这个差无数倍,更不用说测出来了,这也是人类上百年时间发明了无数测引力波的设备,最终全部都失败了的原因,太小了,连爱因斯坦本人当年都认为人类根本不可能发现引力波,这个东西永远也不可能被观测到,但人类最终还是成功了,怎么做的呢?光!

相信光
4、激光干涉仪引力波天文台(LIGO)是什么?

LIGO
最简单的解释就是一束光分成等强度的两部分,然后分别射入两个相互垂直真空管道里面,而管道的尽头有镜子,于是光又被反射回来,通过调节两个真空管的长度,我们可以让光同时达到交点,然而这两束光就会相互抵消,检测设备上没有任何信号。

原理图
现在如果引力波过来了,就会让这两个原本调好长度的真空管道长度发生变化,于是这两束光回到中心的时间就不一样了,这样它们就无法抵消,于是我们就会从这里的检测设备上发现信号,这就证明空间刚才被引力波给扭曲了,这就是它的原理。
引力波让管道长度变化
但这样的设计有一个最大的问题,就是这玩意太精确了,一旦有任何的声音或者爆炸引起的振动都会让这个检测出问题,比如曾经人们发现LIGO有信号,激动好久才发现,原来这是千里之外的大西洋的海浪拍打海岸引起了变化,甚至一架飞机,或者一辆高铁经过都会产生干扰,那怎么办呢?答案是多建几个不就可以了吗!

我要打十个
我们可以在全世界很多地方都建立引力波天文台,如果是地球上的某个地方发出的信号引起了振动,那分布在全世界各地的天文台接收到的信号肯定不一样,甚至距离太远的天文台根本就接收不到,而如果引力波来了,那是会引起整个空间波动的东西,地球每个地方的空间都会变化,那每个天文台都会接收到信息,而且接收到信号的时间还会有规律,从而推断出引力波传来的方向等等参数,这就搞定了。

分布在全世界的天文台
所以,现在世界上引力波天文台有很多,比如位于美国路易斯安那州的LIGO(L1);位于华盛顿州的 LIGO(H1);位于意大利比萨附近的 VIRGO;德国的GEO,日本的TAMA300。还有欧洲的eLISA和日本的地下干涉仪KAGRA也在不断研发和建造。
5、引力波有什么用?
还是举个例子,你在游泳池游泳,这个游泳池是男女混用的,但是中间用帘子隔开了,你看不到对面的泳池,这个时候你如何知道对面有没有人呢?你可以听对面说话的声音,你可以听对方划水的声音,但如果对方只是轻轻的,安静的游泳呢?你可能就接收不到任何信息了,但是有一点可以确定,只要对方下水,或者在游泳,那么就一定会引起水的波动,然后帘子是挡不住水波的,你这边只要够精确,理论上讲,即便对方在100米以外的地方,你也能够通过水波知道对面有没有人,有几个人,甚至更精确的体重如何?身高臂长如何?(当然,这得你的感觉敏锐到不可思议),引力波的作用就是这个水波。
游泳引起水波变化
以往我们研究宇宙都是通过射电望远镜接收遥远宇宙的电磁波和可见光,但问题电磁波就如同声音一样,太容易被宇宙中的各种物体,各种电磁现象,各种磁场所干扰,这些东西会如同帘子一样,将远方的信号隔得所剩无几,而现在有了引力波,我们就可以慢慢的不管帘子存在了,能够更加直观的,敏锐的发现远方的星体,看到遥远的宇宙,甚至以后用它进行宇宙间的通讯等等。
引力波
6、有用和可以赚钱是两回事
很多东西并不是一发现就可以马上改变世界,创造产品,丰富生活,或者获得利润的,但未来的某一天它却可以产生巨大的用处,比如今天我们的gps定位,导航全部离不开爱因斯坦相对论的提出;麦克斯韦写出电磁方程的时候也不知道有什么用,但后来我们的所有收音机和现在的无线通信都是从那里来的,今天的引力波也许没有第一时间改变我们的生活,但未来,谁又敢说不是引力波的世界呢?所以这100年,这几十亿美金,到底值不值呢?不如再过几十年以后我们再来评价,你说呢?
大家都在看
-
看《宇宙探索编辑部》我哭了三次,它是我见过最浪漫的国产科幻片 不是硬核特效大片,没有流量明星,穷得连外星人都是废铁焊的,但后劲大到我现在想起里面的台词还想掉眼泪。家人们谁懂啊!我上周去二刷《宇宙探索编辑部》,散场的时候坐在电影院楼梯间发了十分钟呆,满脑子都是唐志 ... 宇宙探索06-29
-
0.7纳米芯片横空出世!普通人生活将彻底改变!助力人类探索宇宙 6月25日科技圈炸了!IBM直接干碎物理极限,全球首款0.7纳米芯片问世,半导体正式进入埃米级的原子制程时代!指甲盖大小塞下千亿晶体管,性能飙升、能耗大降,这不仅是行业的里程碑,更是要彻底改写你我的生活!0.7纳 ... 宇宙探索06-27
-
宇宙探索·超大质量黑洞与星系共同演化 宇宙探索·超大质量黑洞与星系共同演化:从M-σ关系到JWST红移7类星体超大质量黑洞与星系共同演化:从M-σ关系到JWST红移7类星体几乎每个大质量星系的中心都潜伏着一个超大质量黑洞(SMBH,质量10⁶-10¹⁰太阳质量 ... 宇宙探索06-27
-
宇宙探索·宇宙再电离:宇宙第一缕曙光与21厘米信号探测 宇宙探索·宇宙再电离:宇宙第一缕曙光与21厘米信号探测宇宙再电离:宇宙第一缕曙光与21厘米信号探测宇宙大爆炸后约38万年,宇宙进入黑暗时代——没有恒星,没有星系,只有中性氢弥漫在空间中。这段时间持续了数亿年 ... 宇宙探索06-27
-
宇宙探索·宇宙线太阳调制效应:太阳活动如何扭曲高能宇宙观测 宇宙探索·宇宙线太阳调制效应:太阳活动如何扭曲高能宇宙观测当我们试图通过地面和空间探测器捕捉来自宇宙深处的高能粒子时,往往忽略了一个近在咫尺的"干扰源"——太阳活动。这些来自银河系甚至河外的高能 ... 宇宙探索06-26
-
宇宙探索·系外行星的宇宙学演化:从第一代恒星到宜居世界 宇宙探索·系外行星的宇宙学演化:从第一代恒星到宜居世界当我们仰望星空寻找地外宜居行星时,很少意识到这些遥远世界的存在本身,就是一部浓缩的宇宙演化史。系外行星的形成、分布和组成,与宇宙的恒星形成历史、金 ... 宇宙探索06-26
-
宇宙探索·原初引力波:暴胀的终极指纹 宇宙探索·原初引力波:暴胀的终极指纹如果暴涨理论是宇宙极早期演化的标准图景,那么原初引力波就是这一理论最独特的"指纹"。与电磁波不同,引力波可以穿透宇宙演化过程中的任何屏障,直接携带宇宙诞生后不 ... 宇宙探索06-22
-
宇宙探索·宇宙萧条——太空中最孤独的地方 宇宙探索·宇宙萧条——太空中最孤独的地方在宇宙深处,存在着一些比任何星系集群都要庞大的结构——它们不是星系,不是星云,而是巨大的虚空。天文学家称这些区域为"宇宙萧条"(Cosmic Void),它们是宇宙 ... 宇宙探索06-22
-
宇宙探索·宇宙视界问题:暴涨如何拯救因果律 宇宙探索·宇宙视界问题:暴涨如何拯救因果律当我们仰望星空时,很少会想到一个深刻的悖论:可观测宇宙的左右两端相隔超过930亿光年,但宇宙的年龄只有138亿年。根据相对论,任何信号传播速度都不能超过光速,那么宇 ... 宇宙探索06-22
-
宇宙探索·宇宙磁场起源:从暴涨涨落到星系发电机 宇宙探索·宇宙磁场起源:从暴涨涨落到星系发电机当我们观察宇宙时,磁场无处不在:从太阳的日冕到地球的磁层,从银河系的旋臂到遥远星系团的介质,磁场似乎是所有天体系统的标配。但一个困扰了科学家半个世纪的谜题 ... 宇宙探索06-22
相关文章
- 宇宙探索·宇宙萧条——太空中最孤独的地方
- 宇宙探索·宇宙视界问题:暴涨如何拯救因果律
- 宇宙探索·宇宙磁场起源:从暴涨涨落到星系发电机
- 宇宙探索·超新星遗迹:恒星死亡后留下的宇宙画卷
- 宇宙探索·哈勃张力:物理学天空最有趣的悬案
- 宇宙探索·快速射电暴——毫秒级宇宙神秘信号
- 为了探索时间,科学家制造了一个微型宇宙,结果真的看到时间起源
- 黑洞:宇宙中最神秘的时空陷阱
- 宇宙探索·星际分子云:恒星诞生工厂与宇宙生命化学的摇篮
- 宇宙探索·千新星:中子星合并、重元素起源与多信使天文学的黎明
- 宇宙探索·磁重联:太阳耀斑与宇宙粒子加速的隐形引擎
- 中国宇宙空间站:未来探索的新征程!🚀🌌
- 宇宙探索·重子声波振荡——宇宙声波化石,暗能量探针
- 探索宇宙的奇妙之旅🚀✨ #未来科技
- 宇宙探索·蓝色流浪星:球状星团中的恒星身份谜题
- 宇宙探索·红矮星:耀斑活动与系外行星宜居性挑战
- 脑科学:探索宇宙中最复杂的物质
- 宇宙探秘:从大爆炸到暗物质——人类对浩瀚星空的终极追问
- 央视炸裂官宣!南天门计划参数全曝光,中国空天时代呼啸而来
- 宇宙探索·活动星系核喷流——百亿光年外的宇宙超光速灯塔
热门阅读
-
预言2030年太阳将休眠,恐怖的千年极寒将来临 07-11
-
中国十大元帅之死,多高寿而善终(林彪叛逃而死) 07-11
-
因果报应真实事例,做尽坏事必遭天谴 07-11
-
这6个神奇天体有很酷的名字 06-01
-
全球人口减少可能带来的六大教训和好处 07-18
-
离太阳最近的十大恒星排名,宇宙最大十大星球 04-12
-
创生之柱是什么?(创生之柱给予了许多恒星生命) 12-25
精选文章
- 中国51区秘密基地,窃密必被抓(抓住就杀头)
- 中国空间站离地球有多少公里有多大,400公里/大约有110立方米 ...
- 2025年宇宙探索大爆发!月全食、火星冲日等,这些天文奇观别错过
- 黑龙江50万年死火山苏醒, 内含15%电量的巨大岩浆囊
- 中国“天宫”空间站将在2022年前后建成 呈T字型有三个舱段最多可驻留6人 ...
- 中国古代四大凶兽,四大神兽vs四大凶兽谁更强
- 新冠病患康复后,可能“精子减少或无精”
- 误会一辈子!破伤风其实是一种细菌跟生锈铁完全没关系
- 中国长征五号B遥一运载火箭全貌曝光 本月底在海南文昌航天发射场进行首次发射 ...
- 美国同步空间态势感知项目(GSSAP)军事间谍卫星多次秘密靠近俄罗斯和中国的航天器 ...
